Номер 1, страница 137, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

1. Возьмите стакан и наполняйте его водой. Сверху закройте чистым листом бумаги. Придержав ладонью лист бумаги, аккуратно переверните стакан дном вверх и медленно уберите ладонь. Убедитесь, что вода не выливается. Объясните, почему?

1. Это явление объясняется действием атмосферного давления. Давайте рассмотрим, какие силы действуют на лист бумаги, когда мы переворачиваем стакан.

На лист бумаги действуют две основные силы:

1. Сила давления столба воды в стакане, направленная вниз. Эта сила создается гидростатическим давлением воды.

2. Сила давления окружающего воздуха (атмосферного давления), направленная вверх на внешнюю поверхность листа.

Для того чтобы вода не выливалась, сила, действующая на бумагу снизу, должна быть больше или равна силе, действующей на нее сверху.

Дано:

Для демонстрации проведем расчет для типичного стакана в стандартных условиях. Все данные представлены в системе СИ.

Высота столба воды в стакане, $h \approx 0.15$ м

Плотность воды, $\rho \approx 1000$ кг/м³

Ускорение свободного падения, $g \approx 9.8$ м/с²

Нормальное атмосферное давление, $p_{атм} \approx 101325$ Па

Найти:

Сравнить давление воды в стакане, $p_{воды}$, и атмосферное давление, $p_{атм}$.

Решение:

1. Рассчитаем гидростатическое давление, которое столб воды оказывает на лист бумаги. Оно вычисляется по формуле:

$p_{воды} = \rho \cdot g \cdot h$

Подставим наши значения:

$p_{воды} = 1000 \frac{\text{кг}}{\text{м³}} \cdot 9.8 \frac{\text{м}}{\text{с²}} \cdot 0.15 \text{ м} = 1470 \text{ Па}$

2. Теперь сравним давление воды с атмосферным давлением:

$p_{воды} = 1470 \text{ Па}$

$p_{атм} \approx 101325 \text{ Па}$

Как видно из расчетов, $p_{атм} \gg p_{воды}$. Давление атмосферы, действующее на лист бумаги снизу, во много раз превышает давление столба воды, действующее на лист сверху.

Следовательно, сила атмосферного давления ($F_{атм} = p_{атм} \cdot S$) оказывается значительно больше силы давления столба воды ($F_{воды} = p_{воды} \cdot S$), где $\text{S}$ – площадь отверстия стакана.

Дополнительно, силы поверхностного натяжения воды помогают бумаге плотно прилегать к краям стакана, создавая герметичность и не давая воздуху проникнуть внутрь.

Ответ: Вода не выливается из перевернутого стакана, потому что сила давления окружающего воздуха (атмосферного давления), действующая на лист бумаги снизу, значительно больше, чем сила давления столба воды внутри стакана, действующая на лист сверху.