Номер 3, страница 204, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механика. Глава III. Законы сохранения в механике. Параграф 21. Движение жидкостей и газов - номер 3, страница 204.

Условие.

³3. Почему ураган может снести крышу дома, даже если она пло-ская?

Решение 2.

Решение

Это явление объясняется законом Бернулли, который устанавливает связь между скоростью потока жидкости или газа и его статическим давлением. Уравнение Бернулли для горизонтального стационарного потока идеальной несжимаемой жидкости (в данном случае, воздуха) можно записать в упрощенном виде:

$p + \frac{\rho v^2}{2} = \text{const}$

Здесь $\text{p}$ — статическое давление в потоке, $\rho$ — плотность среды (воздуха), а $\text{v}$ — скорость потока. Из этого уравнения следует, что в областях, где скорость потока выше, давление ниже, и наоборот.

Во время урагана над плоской крышей дома проходит поток воздуха с очень высокой скоростью ($v_{над}$). В то же время воздух под крышей, внутри дома, остается практически неподвижным, и его скорость ($v_{под}$) близка к нулю.

В соответствии с законом Бернулли, высокое значение скорости $v_{над}$ приводит к тому, что давление над крышей ($p_{над}$) становится значительно ниже атмосферного. Давление же под крышей ($p_{под}$) остается равным нормальному атмосферному давлению.

Таким образом, возникает существенный перепад давлений $\Delta p = p_{под} - p_{над}$, направленный снизу вверх. Этот перепад давлений создает выталкивающую (подъемную) силу $\text{F}$, действующую на всю площадь крыши $\text{S}$:

$F = \Delta p \cdot S = (p_{под} - p_{над}) \cdot S$

Если величина этой подъемной силы оказывается больше, чем вес крыши и сила, с которой ее удерживают крепления, то крышу срывает и уносит ветром. Плоская форма крыши обеспечивает большую площадь, к которой приложена эта сила, что только усиливает эффект.

Ответ: Ураган может снести крышу дома из-за возникновения подъемной силы, которая появляется в соответствии с законом Бернулли. Скорость движения воздуха над крышей очень велика, что приводит к созданию области пониженного давления. В то же время, под крышей (внутри дома) воздух почти неподвижен, и давление остается высоким (атмосферным). Эта разница давлений создает мощную силу, направленную снизу вверх, которая и отрывает крышу от дома.