МАРИОТТОВ СОСУД

Педагогический сборник, издаваемый при главном управлении Военно-учебных заведений. Книжки III – VIII, XI. 1873 год. Каталог составил В.С. Коховский, директор Педагогического музея ВУЗ, СПб. (по каталогу № 220, стоимость от 4 до 10 руб.)

Этот прибор дает возможность струе жидкости, вытекающей из отверстия в сосуде, сделанном на его дне или сбоку, сообщать произвольную и при том равномерную скорость, кроме того он может служить для поверки закона истечения жидкостей Торричелли.
В кабинете музея этот прибор состоит из довольно большого стеклянного сосуда в виде банки на боку его три отверстия, расположенные одно над другим; отверстия окружены медными плитками с короткими трубочками, закрываемыми медными же хорошо отшлифованными пробочками; пробочки привинчены к плиткам на цепочках.
Банка вверху имеет медную оправу, сквозь которую проходит медная трубочка, плотно в ней передвигаемая, трубочка эта открыта с обоих сторон и внизу оканчивается стеклянной трубочкою, она по произволу может опускаться и подниматься в сосуде; в оправе есть и другое отверстие, закрываемое медной пробкой и предназначенное наливать жидкость в сосуд.
Явления представляемые истечением жидкости, налитой в сосуд, из боковых отверстий очень разнообразны.
Положим, что мы налили сосуд полон какой-либо жидкостью, например водою и пустили конец трубки между вторым и третьим отверстием, считая сверху; если при этом откроем второе отверстие, то жидкость из него потечет, причем заметим, что она понижается только в трубке и как скоро её уровень достигает второго отверстия, так течение и прекратится. Это явление очевидно происходит по той причине, что в начале опыта на слой воды в сосуде, соответствующий открытому отверстию, происходили неравные давления, именно с внешней стороны давил только столб атмосферы, а с внутренней такой же атмосферный столб с присоединением столба жидкости в трубке, поэтому равновесие частиц жидкости не могло быть и она текла из отверстия, но это течение продолжалось до тех только пор, пока понижение жидкости в трубке не произвело равенства давлений с двух сторон.
Если теперь закроем второе отверстие, а откроем первое, то течение происходить не будет, напротив извне пойдет воздух в сосуд через отверстие и вода в трубке повысит свой уровень до горизонта этого отверстия. Причина явления состоит в том, что при открытии верхнего отверстия на частицы жидкости в сосуде, лежащие в слое против открытого отверстия, происходило большее давление с внешней стороны, а от этого воздух входил через отверстие в сосуд и, всплывая наверх, своим давлением повышал воду в трубке, пока не уравновесились давления в обеих сторон.
Закрывши первое отверстие и открывши третье, мы увидим, что из него жидкость потечет и в начале скорее, но потом скорость сделается постоянною; при этом заметим, что равномерное истечение начнется с того мгновения, когда уровень в трубке достигнет её нижнего конца, с этого же мгновенья начнет чрез трубку входить воздух в сосуд; равномерность течения будет продолжаться до тех пор, пока горизонт жидкости в сосуде не понизится до конца трубки, с этого времени скорость истечения начнет уменьшаться постепенно. Объяснений этих последних явлений следующее: при открытии нижнего отверстия на слой жидкости в сосуде лежащий против этого отверстия, происходит с внешней стороны давление только столба атмосферы. с внутренней же давил тот же атмосферный столб да еще столб воды от отверстия до нижнего конца трубки и столб воды в самой трубке; этот последний столб, с открытием отверстия понижается и когда из трубки вышла вся вода, тогда на слой против открытого отверстия оставалось давление постоянного столба, лежащего между отверстием и нижним концом трубки, а с этим вместе и скорость сделалась постоянною. Что же касается столба воды, находящегося в сосуде над горизонтальным слоем, отвечающем нижнему концу трубки, то он служит только резервуаром для вытекающей массы и в давлении на эту массу не участвует, так как он, вместе с находящимся над ним воздухом уравновешивается давлением, действующим на него через трубку; причина вхождения пузырьков воздуха в сосуд через трубку, во время течения воды из нижнего отверстия, заключается в том, что с понижением горизонта воды в сосуде, над нею должно происходить разряжение воздуха ,отчего снаружи врывается воздух в это пространство. Подобные явления будут происходить при истечении всякой жидкости.
Так как положение трубки в сосуде произвольное, то изменяя расстояние конца трубки от открытого отверстия, мы тем самым будем изменять скорость истечения воды из отверстия, а следовательно и количество, вытекающей из него воды в определенное время.
Если мы последовательно будем делать эти расстояния в такой соразмерности, чтобы они относились между собою как числа 1,4,9 и каждый раз мерить количество вытекшей жидкости, в одно и тоже время, то найдем, что эти количества будут относиться между собою, как 1,2,3; что служит подтверждением закона Торричелли, что скорости истечения жидкости из отверстия прямо пропорциональны квадратным корням из высот стояния жидкости над отверстием.

Дополнение из «Руководство по физике». Малинин А. 1868 год.
Помощью Мариоттова сосуда весьма удобно поверить теорему Торричелли относительно истечения жидкостей. Для этого можно взять пирибор (см. рис) с одним только отверстием, сделанным внизу; поставить сперва трубку на какомъ-нибудь уровнь m и найти, сколько вытечет воды в минуту; если поставить потом трубку на p, такъ что np = 1/4 mn, то найдем, что в минуту вытечет вдвое меньше; а если на q, где n = 1/9 mn, то вытечетъ втрое меньше; таким образом скорости истечения относится какъ √1: √1/4: √1/9, т. е. пропорциональны квадратным корним из высот.

Видоопыт "Мариоттов сосуд".