سوال ۴۹ فیزیک کنکور تجربی ۱۴۰۴ نوبت اول با پاسخ تشریحی

چون سؤال «مورد نادرست» را می‌خواهد، باید عبارتی را پیدا کنیم که با ویژگی‌های فشار در شارهٔ ساکن سازگار نیست.

۱. اصل تعیین‌کننده: فشار در عمق معین از یک مایع ساکن از رابطهٔ $P=P_0+\rho gh$ به دست می‌آید. در این رابطه، $P_0$ فشار سطح مایع، $\rho$ چگالی مایع و $h$ عمق نقطه است؛ بنابراین جهت‌گیری سطح در مقدار فشار نقشی ندارد (فیزیک ۱، صفحهٔ ۳۴). فعالیت صفحهٔ ۳۹ نیز دقیقاً به بررسی تجربی همین استقلال فشار از جهت‌گیری سطح اختصاص دارد (فیزیک ۱، صفحهٔ ۳۹).

۲. بررسی گزینهٔ ۲: این گزینه فشار را وابسته به جهت‌گیری سطح می‌داند؛ پس نادرست است. نکتهٔ مهم این است که نیروی شاره بر هر سطح، عمود بر همان سطح است؛ بنابراین با چرخاندن سطح، جهت نیرو تغییر می‌کند، نه مقدار فشار در آن نقطه (فیزیک ۱، صفحه‌های ۳۲–۳۳).

۳. بررسی سایر گزینه‌ها: بارومتر وسیلهٔ اندازه‌گیری فشار جو است، پس گزینهٔ ۱ درست است. مانومترِ $U$ شکل نیز برای اندازه‌گیری فشار شارهٔ محصور به کار می‌رود؛ نمونهٔ لولهٔ متصل به مخزن گاز در تمرین‌های کتاب آمده است، پس گزینهٔ ۳ نیز درست است (فیزیک ۱، صفحه‌های ۵۰–۵۱).

۴. در آزمایش توریچلی، با ناچیز گرفتن فشار بخار جیوه در بالای ستون، رابطهٔ تعادل به صورت $P_0=\rho gh$ است؛ بنابراین $h=\frac{P_0}{\rho g}$. در شرایط یکسان، ارتفاع ستون به فشار جو، چگالی جیوه و شتاب گرانش وابسته است، نه سطح مقطع یا طول لوله. البته لوله باید غیرمویین و به‌اندازهٔ کافی بلند باشد تا آرایش معمول آزمایش برقرار شود. پس گزینهٔ ۴ نیز درست است؛ رابطهٔ فشار جو و ارتفاع ستون جیوه در مثال کتاب به کار رفته است (فیزیک ۱، صفحهٔ ۳۹).

پاسخ: گزینهٔ ۲