Номер 3, страница 354 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Лабораторные работы. 7. Опытная проверка закона бойля - мариотта - номер 3, страница 354.

Условие.

3. Погружая в воду трубку открытым концом вниз, измерьте $\text{h}$ (повторите опыт 3 раза).

Решение.

3. Данный пункт представляет собой инструкцию к выполнению экспериментальной части лабораторной работы. Требуется провести измерение высоты столба воды $\text{h}$, который заходит в перевернутую трубку при ее погружении в воду, и повторить это измерение трижды для повышения точности.

Теоретическое обоснование

Когда трубка, закрытая с одного конца, опускается в воду открытым концом вниз, воздух внутри нее оказывается запертым. С увеличением глубины погружения возрастает гидростатическое давление воды, которое действует на запертый воздух. Это внешнее давление сжимает воздух в трубке. Процесс сжатия воздуха при постоянной температуре описывается законом Бойля-Мариотта:

$P_1 V_1 = P_2 V_2$

где $P_1$ и $V_1$ — начальное давление (атмосферное) и объем воздуха в трубке, а $P_2$ и $V_2$ — давление и объем воздуха после сжатия.

Давление сжатого воздуха $P_2$ уравновешивается давлением снаружи на той же глубине. Это давление равно сумме атмосферного давления $P_a$, давящего на поверхность воды, и гидростатического давления столба воды $\rho g \Delta h$, где $\Delta h$ — разность уровней воды в сосуде и внутри трубки. В результате сжатия воздуха объем, который он занимает, уменьшается, и вода заходит в трубку на высоту $\text{h}$. Именно эту высоту и требуется измерить.

Порядок проведения измерений

1. Возьмите прозрачную трубку (например, пробирку), линейку и глубокий сосуд с водой.
2. Расположите трубку строго вертикально, открытым концом вниз.
3. Медленно погрузите трубку в воду на некоторую глубину и зафиксируйте ее в этом положении. Вы увидите, как вода поднимется внутри трубки на высоту $\text{h}$.
4. С помощью линейки измерьте высоту столба воды $\text{h}$ внутри трубки (расстояние от нижнего края трубки до уровня воды в ней). Запишите результат первого измерения $h_1$.
5. Осторожно извлеките трубку, дайте воде полностью вытечь и повторите эксперимент еще два раза, стараясь погружать трубку на ту же глубину. Запишите результаты второго и третьего измерений ($h_2$ и $h_3$).

Трехкратное повторение опыта необходимо для уменьшения влияния случайных погрешностей измерения. Для получения более точного результата вычисляют среднее арифметическое значение:

$h_{ср} = \frac{h_1 + h_2 + h_3}{3}$

Ответ: Для выполнения этого задания необходимо провести эксперимент. Нужно погрузить трубку открытым концом вниз в воду и измерить линейкой высоту $\text{h}$ столба воды, который вошел в трубку. Опыт следует повторить три раза, каждый раз записывая полученное значение $\text{h}$. Это делается для повышения точности и надежности результатов.