Номер 1, страница 250, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Задания для проектно-исследовательской деятельности. Глава IV. Статика - номер 1, страница 250.

Условие.

Глава IV. Статика

1. Плавание жидкости в жидкости

Цель: научиться формировать слоистую систему смешивающихся жидкостей с разными значениями плотности.

Из трёх полосок марлевого бинта шириной 10 см сплетите косичку — она будет играть роль сифона $^{3)}.$

Приготовьте 100 мл 20 %-ного водного раствора поваренной соли, 100 мл 10 %-ного раствора $^{4)}$ и 100 мл чистой воды $^{5)}.$ Более концентрированный раствор окрасьте марганцовкой. Менее концентрированный раствор окрасьте синей тушью или синими чернилами (рис. 4, а).

С помощью сифона долейте синий раствор в красный (рис. 4, б).

Если вы будете достаточно аккуратны, между растворами разных цветов будет наблюдаться чёткая граница. Поверх синего раствора аккуратно долейте чистую воду или воду, забелённую молоком (рис. 4, в).

Рис. 4

Решение 2.

Решение

В представленном задании описывается лабораторная работа по созданию слоистой системы из смешивающихся жидкостей с разной плотностью. Цель работы — наглядно продемонстрировать явление плавания жидкостей друг в друге в зависимости от их плотности.

Приготовление растворов и их свойства

Для эксперимента готовятся три жидкости: 100 мл 20%-го водного раствора поваренной соли, 100 мл 10%-го раствора и 100 мл чистой воды. Основной физической характеристикой, определяющей поведение этих жидкостей при контакте, является плотность ($ \rho $). Плотность раствора зависит от концентрации растворенного вещества. Чем выше концентрация соли в воде, тем больше масса раствора при практически том же объеме, и, следовательно, выше его плотность. Таким образом, плотности подготовленных жидкостей соотносятся следующим образом:

$ \rho_{20\% \text{ раствора}} > \rho_{10\% \text{ раствора}} > \rho_{\text{чистой воды}} $

Для визуализации слоев самый концентрированный (20%) и самый плотный раствор окрашивают марганцовкой в красный/фиолетовый цвет. Менее концентрированный (10%) раствор окрашивают в синий цвет. Чистая вода остается прозрачной или подкрашивается молоком для лучшей видимости.

Процесс создания слоистой системы

Формирование слоистой системы происходит в определенном порядке:

1. В стакан наливается самая плотная жидкость — 20%-ный красный раствор соли. Он будет составлять нижний слой.
2. С помощью сифона (скрученного бинта) в стакан поверх красного раствора очень аккуратно и медленно добавляется следующая по плотности жидкость — 10%-ный синий раствор. Использование сифона позволяет избежать перемешивания жидкостей. Так как синий раствор менее плотный, он не тонет в красном, а располагается над ним, образуя второй слой.
3. Наконец, поверх синего слоя так же аккуратно наливается чистая вода — жидкость с наименьшей плотностью. Она формирует третий, верхний слой.

В результате получается трехслойная жидкость, где цвета (и плотности) распределены от большего к меньшему снизу вверх.

Физическое обоснование

Явление основано на законе Архимеда и условии плавания тел (в данном случае, слоев жидкости). В поле силы тяжести система стремится к состоянию с минимальной потенциальной энергией. Такое состояние достигается, когда наиболее плотное вещество находится внизу, а наименее плотное — наверху. Любой объем менее плотной жидкости, оказавшийся внутри более плотной, будет выталкиваться наверх с силой, превышающей его вес. И наоборот, более плотная жидкость будет тонуть в менее плотной.

Несмотря на то, что водные растворы соли и вода являются смешивающимися жидкостями, процесс их взаимного проникновения (диффузии) происходит достаточно медленно. Если наливать жидкости аккуратно, без создания турбулентных потоков, то можно наблюдать четкие границы между слоями, которые сохраняются в течение длительного времени.

Ответ: Эксперимент демонстрирует, что жидкости с разной плотностью, даже если они способны смешиваться, могут образовывать устойчивую слоистую систему. Условием для этого является аккуратное, без перемешивания, наслоение жидкостей друг на друга в порядке уменьшения их плотности: на дно наливается самая плотная жидкость, а наверх — самая лёгкая. В данном опыте 20%-ный раствор соли (самый плотный, красный) оказывается внизу, над ним располагается менее плотный 10%-ный раствор (синий), а верхний слой образует чистая вода как жидкость с наименьшей плотностью.