На поршень шприца площади S =10 см2 действует сила F=10Н. С какой скоростью v должна вытекать в горизонтальном направлении струя жидкости из отверстия иглы площади s? Плотность жидкости ρ=800 кг/м3. Трением пренебречь.

ответ: v = 5 м/с

Для решения этой задачи мы можем использовать закон Паскаля, который гласит, что давление в жидкости при обратимом процессе одинаково во всех точках.

Давление P внутри шприца можно выразить как отношение силы F, действующей на поршень, к площади S поршня:
P = F / S

Таким образом, давление внутри шприца равно 1 Н / см², или 1000 Па.

Давление P также можно выразить через плотность жидкости ρ, высоту h столба жидкости и ускорение свободного падения g:
P = ρ * g * h

Поскольку шприц находится в горизонтальном положении, высота столба жидкости равна 0, и значит давление равно 0.

Поскольку давление должно быть постоянным по всей системе, давление внутри шприца равно давлению жидкости на выходе из отверстия иглы.

Мы можем выразить давление на отверстие иглы через силу F2, действующую на площадь s отверстия:
P2 = F2 / s

Таким образом, F2 = P2 * s

По закону сохранения массы объем жидкости, вытекающий через отверстие иглы в единицу времени, равен произведению скорости вытекания v на площадь отверстия иглы s:
Q = v * s

Сила, действующая на жидкость через отверстие иглы, можно выразить через плотность жидкости ρ и объем жидкости V, находящийся внутри иглы, как F2 = ρ * g * V

С учетом этих соотношений, мы можем составить уравнение:
ρ * g * V = P2 * s

Объем V жидкости в игле можно выразить через площадь отверстия иглы s и высоту h:
V = s * h

Подставляя это в уравнение, получим:
ρ * g * s * h = P2 * s

Отсюда можно сразу сократить s со с двух сторон:
ρ * g * h = P2

Теперь мы можем выразить P2 через известные величины:
P2 = F2 / s = 10 Н / (s * 10 см²) = 1 Н / см² = 1000 Па

Поскольку давление на выходе из отверстия иглы равно давлению внутри шприца, мы можем записать уравнение:
1000 Па = 800 кг/м³ * 9,8 м/с² * h

Решая это уравнение относительно h, получаем:
h = 1000 Па / (800 кг/м³ * 9,8 м/с²) ≈ 0,129 м

Из уравнения Q = v * s мы можем выразить скорость вытекания в горизонтальном направлении:
v = Q / s

Подставляя значения, получаем:
v = (1000 Па / 800 кг/м³) / 10 см² ≈ 1,25 м/с

Таким образом, скорость вытекающей струи жидкости из отверстия иглы составляет около 1,25 м/с.