Посудина Маріотта

Посудина Маріотта. 1, 2, 3 — клапани.

Посудина Маріотта (сифон Маріотта) — пристрій, що дозволяє домогтися рівномірного витікання струменя рідини завдяки сталому тиску. Винайшов французький фізик XVII століття Едм Маріотт (1620—1684).

Принцип роботи

Сифон Маріотта — герметично закрита посудина, в кришку якої вставлено відкриту з обох кінців трубку, одним кінцем занурену в рідину, а іншим — сполучену з атмосферою.

Спочатку, коли всі клапани й отвір у трубці, сполученій з атмосферою, закриті, рівень рідини в трубці збігається з рівнем рідини в посудині. Якщо наповнити посудину рідиною не повністю, над її поверхнею буде деяка кількість повітря, і тиск $P$ в нижній частині трубки обчислюється за формулою:

$P=\rho g{h}_0+p_0$, де:

• $\rho$ — густина рідини;
• $g$ — прискорення вільного падіння;
• $h_0$ — відстань між поверхнею рідини й нижньою частиною трубки;
• $p_0$ — тиск у просторі над водою (атмосферний тиск).

Якщо відкрити клапан 3, то трубку, витіснивши з неї рідину, заповнить повітря, а тиск над поверхнею стане рівним $p_0-\rho g{h}_0$. На рівні кінця трубки встановиться атмосферний тиск $p_0$. Рідина з отвору почне витікати тільки під тиском стовпа рідини між клапанами 2 і 3 (див. рисунок), який залишається сталим весь час, поки кінець трубки залишається зануреним у рідину. Через трубку у верхню частину посудини надходитиме повітря.

Швидкість витікання рідини можна визначити, скориставшись формулою Торрічеллі:

$v=\sqrt{2gh}$, де $h$ — відстань між нижнім кінцем трубки і клапаном (або між клапанами 2 і 3 на рисунку).

Якщо при відкритому клапані 3 відкрити клапан 2, розташований на рівні нижнього кінця трубки, рідина з нього витікати не буде через рівність тисків по обидва боки клапана. Якщо при відкритому клапані 3 відкрити клапан 1, рідина з нього також не потече — натомість через клапан 1 у посудину надходитиме повітря, а тиск на рівні клапана 3 і швидкість витікання струменя з нього збільшаться.

Застосування

Основна властивість судини Маріотта полягає в тому, що вона дозволяє регулювати швидкість потоку рідини. Це використовується в системах безперервної подачі чорнила (СБПЧ), при дозуванні рідин у лабораторних умовах, у паливних баках для пальників випарного типу (у невеликих котельнях), також у поливі деяких рослин.