Номер 5, страница 477 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Параграф 9.12. Применение уравнения Бернулли. Глава 9. Механика деформируемых тел. Движение твёрдых и деформируемых тел - номер 5, страница 477.

Условие.

5. Почему во время бурь, когда скорость ветра достигает значительной величины, ветер срывает крыши построек? При этом крыша либо ломается по линии конька и раскрывается, как книга, либо же приподнимается вверх и относится ветром в сторону.

Решение.

Это явление объясняется одним из фундаментальных принципов гидро- и аэродинамики — законом Бернулли. Согласно этому закону, в потоке жидкости или газа давление ниже там, где скорость потока выше, и наоборот.

Рассмотрим ситуацию во время сильного ветра (бури):

1. Воздух над крышей дома движется с очень большой скоростью ($v_{над}$).

2. В то же время воздух внутри дома, на чердаке (под крышей), практически неподвижен ($v_{под} \approx 0$).

Исходя из закона Бернулли, высокое значение скорости воздуха над крышей приводит к созданию там области значительно пониженного давления ($p_{над}$). Давление же под крышей ($p_{под}$) остается близким к нормальному атмосферному давлению. Таким образом, возникает существенная разность давлений:

$p_{под} > p_{над}$

Эта разность давлений ($Δp = p_{под} - p_{над}$) создает направленную вверх выталкивающую, или подъемную, силу $F$, которая действует на всю площадь крыши $S$. Величина этой силы определяется формулой:

$F = Δp \cdot S$

Когда эта подъемная сила становится больше, чем вес самой крыши и сила, с которой ее удерживают крепления, крышу сначала приподнимает, а затем срывает и уносит потоком ветра. Именно поэтому крыша не "вдавливается" в дом, а, наоборот, "взлетает". Локальные завихрения и разница в скоростях обтекания наветренного и подветренного скатов могут также привести к разрушению крыши по линии конька.

Ответ: Ветер, обтекающий крышу с большой скоростью, создает над ней область пониженного давления согласно закону Бернулли. Давление под крышей остается нормальным атмосферным. Эта разница давлений порождает значительную подъемную силу, которая, если она превышает вес крыши и прочность креплений, приподнимает и срывает ее.