Опыты, страница 187 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

Возьмите медицинский шприц, снимите с него иглу. Отверстие заткните пальцем. Проведите опыт, описанный на с. 185 учебника.

Решение

В данном задании описан классический физический опыт, демонстрирующий свойства газов (в данном случае воздуха). Предполагается, что на с. 185 учебника описан именно этот эксперимент.

Ход эксперимента:

1. Взять медицинский шприц и снять с него иглу.

2. Набрать в шприц воздух, установив поршень примерно на середине его хода.

3. Плотно зажать пальцем отверстие шприца, чтобы воздух не мог выйти или войти.

4. Попытаться сдвинуть поршень внутрь шприца, сжимая воздух.

5. Попытаться выдвинуть поршень из шприца, увеличивая объем воздуха.

Наблюдения:

При попытке сжать воздух (двигать поршень внутрь) ощущается значительное сопротивление, которое увеличивается по мере уменьшения объема. Переместить поршень до конца не удается. Если отпустить поршень, он вернется в первоначальное положение или близкое к нему.

При попытке растянуть воздух (двигать поршень наружу) также ощущается сопротивление. Поршень стремится вернуться в исходное положение.

Объяснение явлений:

Воздух, как и любой газ, состоит из молекул, находящихся в непрерывном хаотическом движении. Давление газа создается ударами этих молекул о стенки сосуда (в нашем случае — стенки шприца и поверхность поршня).

1. Сжатие воздуха. Когда мы двигаем поршень внутрь, мы уменьшаем объем ($\text{V}$), в котором находятся молекулы воздуха. В результате концентрация молекул увеличивается, и они начинают чаще ударяться о стенки шприца и поршень. Это приводит к увеличению давления ($\text{p}$) газа внутри шприца. Возросшее давление создает силу, направленную против движения поршня, которую мы и ощущаем как сопротивление. Если процесс происходит при постоянной температуре, он описывается законом Бойля — Мариотта:

$p \cdot V = \text{const}$

Это означает, что во сколько раз мы уменьшаем объем, во столько же раз увеличивается давление газа.

2. Растяжение воздуха. Когда мы двигаем поршень наружу, мы увеличиваем объем ($\text{V}$) для воздуха. Молекулы распределяются по большему пространству, их концентрация падает, и они реже ударяются о стенки. Давление ($\text{p}$) внутри шприца становится ниже, чем атмосферное давление снаружи. Разница давлений создает силу, действующую на поршень со стороны атмосферы, которая стремится вернуть его обратно. Эту силу мы преодолеваем, когда оттягиваем поршень.

Таким образом, опыт показывает, что газ упруг, то есть стремится восстановить свой первоначальный объем после прекращения внешнего воздействия, а также демонстрирует обратную зависимость между давлением и объемом газа.

Ответ: Проведенный опыт показывает, что газ (воздух) упруг и его можно сжать или разрежать. При сжатии воздуха его давление увеличивается, создавая противодействующую силу. При увеличении объема воздуха его давление падает ниже атмосферного, и внешнее давление стремится вернуть поршень в исходное положение. Это является следствием изменения частоты ударов молекул газа о стенки сосуда при изменении его объема.