Экспериментируйте, страница 151, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Экспериментируйте

Проделайте эксперимент. Вложите в воронку бумажный фильтр (рис. 25.6) и попробуйте выдуть его через узкий конец воронки. У вас не получилось? Почему?

Выдуть бумажный фильтр из воронки, дуя в ее узкий конец, действительно не получится. Это явление объясняется законом Бернулли, который устанавливает связь между скоростью потока жидкости или газа и давлением внутри этого потока.

Когда вы дуете в узкий конец воронки, вы создаете направленный поток воздуха. Этот воздух проходит через узкое пространство между внутренней поверхностью воронки и бумажным фильтром. В этом зазоре скорость движения воздуха значительно увеличивается.

Согласно закону Бернулли, в тех областях, где скорость потока газа выше, его давление ниже. Математически для горизонтального потока это можно выразить так:

$p + \frac{1}{2}\rho v^2 = \text{const}$

где $\text{p}$ – статическое давление, $\rho$ – плотность газа, а $\text{v}$ – скорость потока.

Поскольку скорость воздуха ($v_1$) между фильтром и воронкой велика, давление ($p_1$) в этой области становится значительно ниже, чем давление с другой (внешней) стороны фильтра. С внешней стороны на фильтр давит воздух, который практически неподвижен ($v_2 \approx 0$), и его давление равно атмосферному ($p_{атм}$).

Таким образом, возникает разность давлений: давление под фильтром ($p_1$) оказывается меньше атмосферного давления ($p_{атм}$) над ним. Эта разность давлений создает силу, направленную со стороны большего давления (атмосферного) в сторону меньшего (под фильтром). В результате, эта сила прижимает бумажный фильтр к стенкам воронки, и чем сильнее вы дуете, тем сильнее он прижимается.

Ответ: Бумажный фильтр не вылетает, потому что быстрый поток воздуха, создаваемый между стенками воронки и фильтром, приводит к понижению давления в этой области (согласно закону Бернулли). В то же время, на внешнюю сторону фильтра действует более высокое атмосферное давление, которое и прижимает его к воронке.