Question

一粗细均匀的U形管内装有一定量水银竖直放置，右管口用盖板A密闭一部分气体，左管口开口，两液面高度差为h

一粗细均匀的U形管内装有一定量水银竖直放置，右管口用盖板A密闭一部分气体，左管口开口，两液面高度差为h，U形管中水银柱总长为4h.现拿去盖板，水银柱开始流动，当两侧液面第一次相平时，右侧液面下降的速度大小为多少？(水银柱与管壁之间的阻力不计)

Answer 1

分析:
当两液面高度相等时,右侧液面下降h/2,左侧液面上升h/2.相当于右侧液面最上面高度为h/2的液体下降高度h/2后移到左侧.
设高度为h/2液体的质量为m,则总长度为4h液体质量为8m

当两液面高度相等时,
右侧液面最上面高度为h/2的液体下降高度h/2后移到左侧减少的势能为:ΔEp=mgh/2
总长度为4h液体增加的动能为ΔEk=8mv^2/2=4mv^2
由于液体自由流动时只有重力做功,所以机械能守恒
ΔEp=ΔEk,
mgh/2=4mv^2
v=(gh/8)^(1/2)
右侧液面下降的速度v=(gh/8)^(1/2)
注意:
在研究势能的变化时,由于仅有质量为m的部分高度变化,所以只需要分析m减少的势能.而动能研究时,由于全部液体都发生运动,所以动能增加必须计算质量为8m液体的动能.