Решение на момент правки #14742 от , автор emixter. Это не текущая версия.

Условие

4.4.7∗. Тонкая цилиндрическая трубка длины и диаметра целиком заполнена жидкостью плотности и вязкости . Определите время вытекания жидкости из трубки, если ее ось наклонена к горизонту под углом .

Решение

Пусть в трубке будет жидкость длиной , тогда перепад давлений, создаваемое собственным весом столба жидкости:

так как - проекция ускорения тяжести вдоль оси трубки.

Для ламинарного течения в цилиндрической трубке объёмный расход (закон Пуазейля, смотри задачу ):

Подставим (1) в (2):

Итак, объёмный расход жидкости не зависит от текущей длины () столба жидкости — он постоянен, пока трубка заполнена.

По определению объёмный расход это объем жидкости, перетекающей в единицу времени:

где - площадь поперечного сечения трубки, - скорость вытекания жидкости.

Тогда:

Подставим (3) в (4):

В процессе вытекания крайняя граница жидкости должна пройти весь путь :

Выразим радиус через диаметр: .

Окончательно получим:

Ответ