如图7-11所示,左端封闭,右端开口的均匀U型管中用水银封有一段长150mm的空气柱。左臂总长为250mm,右臂足够长。

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  • 283.3(cm)

    在左臂原有空气柱长150mm的情况下,两管之间的水银柱的高度差与U型管倒转后空气柱是否进入右管有关,高度差越大,水银越重,倒转后,空气柱越有可能进入右管。那么,两臂水银面高度差为多大,才能让空气柱仍留在左臂呢?

    设初始左、右两臂水银面高度差为h,倒转后空气柱仍在左臂(如图7-13)则:由玻意耳定律有:

    (750+h)×150S=(750-h-2x)(150+x)S

    整理得:2x 2+(h-450)x+300h=0

    当△=b 2-4ac≥0时,方程有实数解,即

    (h-450) 2-4×2×300h≥0

    解得:h≤62.5mm

    也就是说,只有当两臂水银面高度差小于或等于62.5mm时,倒转后空气柱才可能仍留在左臂。而本文给出开始时水银面高度差为100mm>62.5mm,因此,U型管倒转后空气柱会进入右臂。

    设右臂足够长,倒转后,水银柱已全部进入右臂如图7-14所示,末状态变为:V 2=(250+y)S p 2=(750-30)=450(mmHg)

    根据玻意耳定律:

    850×150S=450×(250+y)S

    解得:y=33.3mm

    则空气柱的长度为:L=(250+33.3)=283.3(cm)

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