Древние римляне не знали о законе сообщающихся сосудов, поэтому их система канализации — акведуки состояла из длинных труб, уходящих под равномерным уклоном вниз. Меж тем, зная об этом важнейшем законе механики, они могли бы строить фонтаны, водопроводные системы и строить шлюзы на реках — во всех этих сооружениях применяется принцип сообщающихся сосудов. 

ПРОВЕДЁМ ОПЫТ:

1.  возьмём два стеклянных сосуда, открытые с двух сторон (можно разного диаметра и формы).
2.  соединим их резиновой трубкой.
3. 3 зажмём резиновую трубку посередине.
4. установим получившуюся конструкцию.
5. нальём в один из сосудов воду.
6. теперь откроем зажим.

Вода будет перетекать из одного сосуда в другой до тех пор, пока поверхности воды в обоих сосудах не установятся на одном уровне (рис. а). Если правый (или левый) сосуд поднимать, опускать или наклонять в сторону, то, как только движение воды прекратится, уровень в обоих сосудах окажется опять одинаковым.

У всех сообщающихся сосудов есть одна особенность, на основании которой учёные вывели закон. 

ЗАКОН СООБЩАЮЩИХСЯ СОСУДОВ

В сообщающихся сосудах поверхности жидкости устанавливаются на одном уровне (при условии, что давление над жидкостью в сосудах одинаково).

Давайте попробуем доказать этот закон. Для начала вспомним, как ведет себя жидкость при оказании давления, этот процесс описывает закон Паскаля: «Давление, производимое на жидкость или газ, передаётся в любую точку без изменений во всех направлениях»

Как видно из рисунка, на жидкость в сосуде оказывает давления только атмосфера через открытые концы сосуда. Причем оно одинаковое с обоих концов сосуда: p 1 = p 2 , где p обозначает давление. Далее вспомним закон гидростатики, который описывает взаимосвязь давления и высоты столба жидкости:

• p = g ρ h
• гравитационная постоянная 
• плотность жидкости 
• высота, на которую поднимется уровень жидкости
• Применим этот закон с двух концов нашего сосуда, учитывая, что жидкость однородна (одинаковые плотности) и давление с двух сторон тоже одинаковое.
•  p 1 =gρ 1 h 1 = p 2 =gρ 2 h 2

После сокращения подобных слагаемых мы получим, что h1 =h 2 , значит уровень жидкости с двух сторон сосуда будет равным. Причем форма сосуда и размер сечения не имеют значения.

Таким образом, кофейник — это не просто кухонная утварь. Кофейник и его носик представляют собой сообщающиеся сосуды: вода стоит в них на одном уровне. А теперь вернёмся к нашим вопросам и дадим пояснения к ответам. В первом случае больше воды поместится в правый кофейник, так как его носик поднят выше. Следовательно, и уровень жидкости в нём будет выше.

Во втором случае в кофейники помещается одинаковое количество жидкости, потому что их носики находятся на одном уровне. Если же вы всё-таки попытаетесь в левый кофейник налить больше воды, чем в правый, вода из него будет выливаться, причём до тех пор, пока не сравняется с уровнем носика кофейника. ВЫВОД: вода в кофейнике всегда находится на одном уровне с водой в носике.

Применение закона сообщающихся сосудов на практике

Конечно, после открытия закона сообщающихся сосудов человечество использует его в своих интересах. Артезианский колодец. Подземные глубинные воды, которые располагаются между двумя водоупорными пластами в водоносных породах и находятся под давлением. Водоупорными являются глины, сланцы и другие плотные и каменистые породы, практически не пропускающие сквозь себя воду. Водоносными являются породы, сложенные песками, известняками, песчаниками и другими горными породами, которые имеют полости и трещины для прохождения влаги. Артезианская вода считается максимально чистой, потому что она проходит через множество естественных фильтров. В ней отсутствуют химические загрязнения, различные органические вещества и бактерии. Верхний водоупорный слой защищает от проникновения осадков и других возможных стоков. Та вода, которая все же просочится в артезианские воды, проходит через слои грунта и тщательно очищается. Таким образом, артезианская вода — это источники воды, созданные природой. Артезианский колодец — это буровая скважина, дающая выход артезианской воде. Но создаётся он уже не природой, а человеком. 

Действие артезианского колодца основано на принципе сообщающихся сосудов. Местоположение скважины колодца выбирают в самой нижней точке ландшафта, по которому текут подземные воды. 

По принципу сообщающихся сосудов вода начинает подниматься по скважине. Если из обычного колодца воду нужно качать насосом или черпать ведром, то вода из артезианского колодца сама поднимается на поверхность и бьёт фонтаном.

Артезианские воды образуются только при определённых условиях:

1. Сначала осадки и влага от тающих льдов просачиваются сквозь пористый слой земли и опускаются вниз.
2. Эта вода просачивается очень глубоко, но не бесконечно (от ста до трёхсот метров).
3. Прекращается это в тот момент, когда водоносная рыхлая порода окажется между двумя слоями водоупорного грунта, располагающимися сверху и снизу.
4. Вода накапливается в среднем рыхлом слое и образует подземный водный бассейн
5. Накапливаясь между водоупорными слоями, вода не имеет выхода на поверхность. Она находится в заточении под большим давлением со всех сторон, пока её не освобождает человек.

Судоходный шлюз — сооружение на судоходных и водных путях, которое помогает судам перебраться из одного водного бассейна в другой с различными уровнями воды в них. Шлюз с двух сторон ограничен затворами, между которыми располагается камера, позволяющая варьировать уровень воды в её пределах. Например, на реках люди строят плотины, которые выполняют важные функции в народном хозяйстве. Плотина преграждает течение реки и подпирает воды. Такие участки реки называют бьефами, располагаются они уступами и образуют как бы лестницу с гигантскими водяными ступенями. Разница уровней бьефов иногда доходит до 35–40 метров. Но как тогда речным судам плыть по такой водной лестнице? Ведь не может же корабль просто так упасть с верхней ступени воды на нижнюю или, наоборот, подняться. Вот тут-то и нужны шлюзы. Другой пример. Человеческая цивилизация с древних времён строила искусственные каналы. Раньше инженеры и строители предпочитали строить их на плоских и не гористых местностях, в обход холмов и низин. Однако это влекло за собой удлинение канала и чрезмерное удорожание его строительства, а также увеличивало длительность прохождения по нему судна. Эту проблему помогли решить шлюзы, которые позволяли строить каналы, невзирая на рельеф местности.

Одним из ярких примеров Тихий океан применения шлюзов является Панамский канал. Построенный в 1920 году, этот канал в несколько десятков раз сократил путь между портами Тихого и Атлантического океанов.  

Принцип работы шлюза

1. Судно входит в шлюзовую камеру. Нижние ворота закрываются. 
2. Камера наполняется водой до верхнего уровня. Верхние ворота открываются.
3. Судно выходит из шлюзовой камеры.

Прежде, чтобы попасть из одного океана в другой, судам нужно было огибать всю Южную Америку. Сегодня Панамский канал является одним из главных мировых морских путей, через который ежегодно проходит около 18 тысяч судов. Первоначальный проект Панамского канала предполагал строительство обычного канала на одном уровне с мировым океаном, без шлюзов. Но это потребовало колоссальнейшего объёма земляных работ на участке с твёрдыми скальными грунтами. Поэтому инженеры предложили построить шлюзованный канал с тремя ступенями шлюзов с каждой стороны и водораздельным участком на высоте 26 метров над уровнем океанов. На водоразделе было создано водохранилище Гатун, в которое суда со стороны Атлантического океана поднимались в шлюзах Гатун, а с тихоокеанской — в шлюзах Педро Мигель и Мирафлорес. Фактически, каждое судно, которое переходит через Панамский канал, поднимается при помощи шлюзов на высоту 26 метров, а потом спускается. Шлюзование судна — это, по сути, «шагание» судна вверх или вниз по гигантским водным ступеням. 

ВСЁ ХОРОШО В МЕРУ

В X веке, когда мир ещё не знал, что такое метр, английский король Эдгар Миролюбивый решил навести порядок и ввёл единицу измерения длины «ярд» — расстояние от кончика носа короля до кончика его среднего пальца. Только порядка не получилось. Как и для большинства других единиц измерения, принятых в прошлом.

Не всё могут короли Есть, правда, версии, что ярд — это окружность талии короля или длина его меча. Так или иначе, но когда Эдгара Миролюбивого сменил другой монарх — Эдуард Мученик — изменилась и длина ярда, потому что у нового монарха было другое расстояние от кончика пальца до носа (окружность талии или длина меча). Но уже через три года пришёл новый король, и, конечно, новый ярд. Только представь, если бы и в наше время регулярно и непредсказуемо менялась бы длина метра и вместе с ним, конечно, длина миллиметра, сантиметра, километра. Представил? А теперь посочувствуй англичанам того времени. Только в начале XII века взошедший на английский престол Генрих I остановил эту «пляску ярдов». При нём длина ярда была зафиксирована, и изготовлен деревянный эталон его длины. С тех пор длина ярда не менялась, и в нашей привычной единице измерения он равен 0,9144 метра. От ярда англичане образовали единицу длины, названной миля (хотя сама единица измерения появилась в Древнем Риме) — 1760 ярдов (или 1609,34 метра).

Не так страшен фут, как его длина Единицу длины, размером близкой к длине следа человека, называют фут (от английского foot — ступня). Она существует очень давно и создана не англичанами. Между тем, многие единицы измерения, используемые до сих пор, английские, потому что Британская империя c XVII по XX век владела огромными колониальными территориями (колониями назывались страны или территории захваченные или зависимые от Британской империи). Такими колониями в разное время были США, часть Канады, много стран Южной Америки, Африки, Азии, Австралия. Естественно, что принятые в Англии единицы измерения были фактически международными. В том числе и фут. Но разные страны и даже отдельные города в те времена применяли «свой» фут. В мире использовалось 85 разных по длине футов — от 25 до 38 сантиметров. Если ты измеришь длину своего следа, то почти наверняка найдётся какой-нибудь фут из 85, который совпадёт с твоим. Британский фут до сих пор используется в Великобритании и некоторых бывших её колониях, только теперь он фиксированный и равен 30,48 см.

Дюйм = 2,54 см

Еще одна старинная единица длины — дюйм. Было принято, что он равен одной двенадцатой части фута. В Британии дюйм равен 2,54 см (30,48 см : 12). Дюйм очень часто связывают с шириной большого пальца руки. Даже название его происходит от голландского duim — большой палец.

Фут = 30,48 см

Больше метра во лбу 

Похожая ситуация была в России, которая вплоть до XX века тоже имела свои меры. Для измерения длины часто использовали руки, ноги и пальцы. Согласись, очень удобно — «линейка» всегда с собой. Правда, очень приблизительная, ведь люди разные, соответственно длина частей тела (пальца, локтя и т.д.) отличается. Так, вершок (около 4,5 см) — предположительно, это длина верхней части указательного пальца, от его кончика до второго сустава. Помнишь поговорку: «от горшка два вершка»? Или вот хотя бы пядь (4 вершка) — по одной из версий, это расстояние между концами растянутых пальцев руки (указательного и большого). Длина пяди получалась разной — от 18 до 23 см, поэтому Пётр I зафиксировал её величину и постановил, что пядь — это 7 английских дюймов (17,78 см). А теперь представь человека, у которого «семь пядей во лбу» — получается, что у него лоб размером больше метра!

Ещё одна интересная единица — аршин (16 вершков или около 71 см), примерно равняется длине шага взрослого человека. Шаги у людей разные, но при этом купцы аршинами отмеряли ткань при продаже, вот отсюда и произошла поговорка: «мерить на свой аршин». А ещё была сажень. Причём много: маховая, малая, косая, казённая, царская, более 40 названий. Например, косая сажень — это расстояние между кончиками пальцев руки и противоположной ноги, когда человек стоит с расставленными в стороны ногами и поднятыми вверх и в стороны руками (буквой Х). Получается около 2,5 метра. Представляешь теперь, как выглядит человек, у которого «косая сажень в плечах»!

Сила тяжести 

В Англии для измерения массы служил фунт. Но с ним случилась та же беда, что и с футом. Разные страны применяли разные фунты, всего больше десяти: от 327,45 до 560 граммов. А были еще аптекарский фунт (358,32 г) и артиллерийский фунт (491,40 г). В России массу (золота и серебра) мерили золотником (4,2657 грамма). Так называли золотую монету времён Киевской Руси. В те времена и возникла поговорка: «Мал золотник, да дорог». А ещё были лот (3 золотника или 12,7971 г), фунт (32 лота или 409,5072 г), пуд (40 фунтов или 16,38 кг). Говорят, чтобы узнать человека, нужно вместе с ним пуд соли съесть. Конечно, соль для этого нужно есть обычным способом — вместе с пищей. Если соль есть вдвоём, то в наше время на это уйдёт полтора или два года. Но в старину соль была дорогим продуктом, её экономили, поэтому пуд соли съедали дольше. Отсюда и поговорка.

• Вершок = 4,5 см
• Золотник
• Лот
• Фунт
• Пуд

Наведение порядка 

Разные единицы измерения сильно мешали развитию торговли, так как количество товаров в разных странах измерялось разными мерами. Первая единая мера длины — метр — появилась во Франции в конце XVIII века. Метр определили как одну десятимиллионную часть четверти земного меридиана (четверти окружности Земли). Все остальные меры длины получались из метра (делением или умножением на 10, 100 или 1000): миллиметр, сантиметр, километр .

За единицу массы была принята масса 1000 кубических сантиметров воды — так появился килограмм. Все остальные единицы массы тоже образовались от килограмма (делением или умножением на степень 10): миллиграмм, грамм, тонна. Такую систему единиц измерений назвали метрической.

Первые 17 стран приняли метрическую систему в 1875 году, считается, что с этого момента появилась международная метрическая система измерений. В Париже было создано бюро мер и весов, там хранятся эталоны метра и килограмма. Они выполнены из сплава платины и иридия, и хранятся в специально выделенном помещении при строго постоянной температуре.

Но не все измерения в мире стали метрическими. Были, например, попытки ввести единицу измерения времени — миллисутки, равную тысячной доле суток, час — как 100 миллисуток, а минуту — как 10 миллисуток. И это было бы удобно. Не то что сейчас: 1,5 минуты — это 1 мин 30 сек, а 1,2 часа — это 1 час 12 мин.

Пережитки прошлого

Но до сих пор используются и другие единицы измерения, от которых пока не удалось отказаться. Например, карат — мера веса драгоценных камней. Она появилась давным-давно, когда люди заметили, что семена рожкового дерева (по-итальянски carato), культивируемого в странах Средиземноморья, всегда имеют строго постоянный вес — 0,2 грамма. Эти семена использовались как очень точные маленькие гирьки для взвешивания драгоценных камней. А  название баррель происходит от английского barrel — бочка (около 159 литров). Когда-то давно нефть перевозили и продавали бочками. И хотя теперь никто нефть бочками не перевозит, во всех странах принято измерять количество нефти баррелями. Лошадиной силой измеряют мощность двигателя автомобилей, тракторов, мотоциклов. Мощность в 1 лошадиную силу — это мощность, необходимая для подъёма 75 кг со скоростью 1 метр в секунду. Считается, что мощность в одну лошадиную силу примерно соответствует мощности средней лошади.

Новые размеры 

Современные технологии потребовали новых единиц измерения, которых раньше не было вовсе. К примеру, меру длины — световой год. Это расстояние, которое луч света проходит за год. Скорость света огромна: 300 тысяч км в секунду, поэтому световой год в километрах это 9 460 730 472 580 км. Применяется такое измерение в астрономии, где расстояния воистину огромны: до самой ближайшей к нам звезды свет идёт 4 года. Но появились и новички-крошки, скажем, ангстрем. Он назван в честь шведского физика Андерса Ангстрема. Его величина в 10 млн раз меньше миллиметра. Этой единицей измеряют очень маленькие объекты, например, размер молекулы воды составит 3 ангстрема.