برای حل سؤال و تعیین فشار، از قانون فشار هیدرواستاتیک استفاده میکنیم.
فشار کل (P) در یک مایع به صورت زیر تعریف میشود:
\[ P = P_0 + \rho \cdot g \cdot h \]
در اینجا:
- \( P_0 \) فشار اولیه یا فشار در سطح مایع است.
- \( \rho \) چگالی مایع است.
- \( g \) شتاب گرانش (10 \( \text{m/s}^2 \)) است.
- \( h \) ارتفاع مایع است.
در این سوال دو مایع با چگالیهای متفاوت وجود دارد. چگالی \( \rho_1 \) و \( \rho_2 \) به ترتیب 1 و 2 گرم بر سانتیمتر مکعب هستند.
با توجه به تفاوت سطح \( 7 - 5 = 2 \) سانتیمتر، فشار ناشی از مایع اول و دوم برابر میشود:
\[ \rho_1 \cdot g \cdot h_1 = \rho_2 \cdot g \cdot h_2 \]
با جایگذاری اعداد داده شده:
\[ 1 \cdot 10 \cdot h_1 = 2 \cdot 10 \cdot 2 \]
حال با محاسبه داریم:
\[ h_1 = 4 \, \text{سانتیمتر} \]
فشار در نقطه پایینتر برابر فشار هوا (اگر در نظر بگیریم فشار هوا فعال است) به اضافه فشار ناشی از ارتفاع مایع میشود. با توجه به اینکه اختلاف تعادل داریم و سطح حفظ شده:
بنابراین فشار در پایین لوله برابر خواهد بود.
در نتیجه، جواب مسئله تعادل فشار است که به دلیل اختلاف ارتفاع و نابرابری چگالیها محاسبه میشود و در نهایت، فشار کل در بخش پایینی ثابت میماند.