4.3.12∗. Вода вытекает из широкого сосуда через треугольный вырез в его стенке. Во сколько раз уменьшится скорость понижения уровня воды при изменении высоты ее уровня от $H$ до $h$?
Решение
Конечно, можно сказать, что "Струи будут подобны. Все размеры струи при понижении уровня воды уменьшатся в $\frac H h$ раз, скорость подобных участков в струе уменьшится в $\sqrt H/h$ раз. Поэтому скорость понижения уровня уменьшится в $(H/h)^{\frac 5 2}$ раз", но гораздо интереснее узнать, как зависит объем вытекающий в единицу времени от высоты.
По формуле Торричелли:
$$v = \sqrt {2gh}$$
В нашем случае так как высоту мы будем отсчитывать от земли:
$$v = \sqrt {2g(H-h)}$$
Разобьем Большой треугольник на бесконечно маленькие прямоугольники, обозначим основание треугольника за $a$:
$$S_i = \frac {ah}H dh$$
Поток жидкости через эту площадь:
$$q_i = v(h)S_i$$
Общий поток через всю поверхность:
$$Q_H = \int_{0}^{H} v(h) \frac {ah}H\,dh = \int_{0}^{H} \frac {ah}H \sqrt{2g(H-h)}\,dh = \frac 4 {15} a H \sqrt{2gH}$$
Для меньшего треугольника с высотой $h$, основание $a_h$