Сосуд Мариотта

Сосуд Мариотта. 1, 2, 3 — клапаны.

Сосу́д Марио́тта (сифо́н Марио́тта) — устройство, позволяющее добиться равномерного вытекания струи жидкости за счёт постоянного давления. Было изобретено французским физиком XVII века Эдмом Мариоттом (1620 - 1684).

Принцип работы

Сифон Мариотта представляет собой герметично закрытый сосуд, в крышку которого вставлена открытая с обоих концов трубка, одним концом погруженная в жидкость, а другим — сообщающаяся с атмосферой.

Первоначально, когда все клапаны и сообщающееся с атмосферой отверстие в трубке закрыты, уровень жидкости в трубке совпадает с уровнем жидкости в сосуде. Если наполнить сосуд жидкостью не полностью, над её поверхностью будет некоторое количество воздуха, и давление $P\;$ в нижней части трубки вычисляется по формуле:

$P=\rho g h_0 + p_0$, где:

• $~\rho$ — плотность жидкости;
• $~g$ — ускорение свободного падения;
• $~h_0$ — расстояние между поверхностью жидкости и нижней частью трубки;
• $~p_0$ — давление в пространстве над водой (атмосферное давление).

Если открыть клапан 3, то трубку, вытеснив жидкость в ней, заполнит воздух, а давление над поверхностью станет равным $p_0-\rho g h_0$. На уровне конца трубки установится атмосферное давление $p_0$. Жидкость из отверстия начнёт вытекать только под давлением столба жидкости между клапанами 2 и 3 (на рис.), которое останется постоянным всё время, пока конец трубки остаётся погруженным в жидкость. Через трубку в верхнюю часть сосуда будет поступать воздух.

Скорость истечения жидкости можно определить, воспользовавшись формулой Торричелли:

$v = \sqrt{2gh}$, где $h$ — расстояние между нижним концом трубки и клапаном (или между клапанами 2 и 3 на рис.).

Соответственно, если открыть клапан 2, находящийся на уровне нижнего конца трубки, жидкость из отверстия вытекать не будет. При откупоривании отверстия 1 давление на его уровне будет ниже атмосферного, уровень которого — это уровень конца трубки. Поэтому через отверстие в сосуд будет поступать воздух, а жидкость вытекать не будет.

Применение

Основное свойство сосуда Мариотта состоит в том, что он позволяет регулировать скорость потока жидкости. Это используется в системах непрерывной подачи чернил (СНПЧ), при дозировке жидкостей в лабораторных условиях.

См. также

• Гидростатика
• Мариотт, Эдм
• Гидростатическое давление