Номер 19, страница 273 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 7. Поверхностное натяжение в жидкостях. Параграф 7.8. Примеры решения задач. Упражнение 6 - номер 19, страница 273.

Условие.

19. Каким образом можно без потерь налить жидкость в сосуд, находясь в условиях невесомости (на космическом корабле)? Как в этих условиях извлечь жидкость из сосуда?

Решение.

Каким образом можно без потерь налить жидкость в сосуд, находясь в условиях невесомости (на космическом корабле)?

В условиях невесомости сила тяжести, которая на Земле заставляет жидкость течь вниз, практически отсутствует. Поведение жидкости определяется силами поверхностного натяжения (которые стремятся придать ей сферическую форму) и силами смачивания (адгезии), из-за которых жидкость "прилипает" к стенкам сосуда. Поэтому просто наклонить один сосуд над другим не получится — жидкость либо останется в первом сосуде, либо вылетит в виде капель и шариков.

Чтобы перелить жидкость без потерь, необходимо создать направленное движение, используя разность давлений. Существует несколько способов:

1. Использование эластичных контейнеров. Жидкость хранится в герметичных пакетах из гибкого материала, снабженных клапаном или трубкой. Чтобы перелить жидкость, достаточно просто сжать пакет. Созданное внутри избыточное давление вытолкнет жидкость в другой сосуд. По такому принципу устроены упаковки для напитков и жидкой пищи для космонавтов.

2. Вытеснение газом. Если оба сосуда жесткие, их можно соединить трубкой. В первый сосуд (источник) подается газ (например, воздух или азот) под небольшим давлением. Этот газ будет вытеснять жидкость, заставляя ее перетекать во второй (приемный) сосуд. При этом из второго сосуда необходимо обеспечить выход для газа, который он содержал, чтобы давление в нем не повышалось.

3. Создание искусственной гравитации. Можно раскрутить систему из соединенных сосудов вокруг общего центра. Возникшая центробежная сила будет действовать подобно силе тяжести, отбрасывая жидкость к "дну" (самой дальней от центра вращения стенке). После этого жидкость можно будет перелить, как в обычных условиях.

Ответ: Чтобы без потерь налить жидкость в сосуд в условиях невесомости, нужно создать перепад давлений, который заставит жидкость двигаться в нужном направлении. Это достигается либо сжатием эластичной емкости, либо вытеснением жидкости сжатым газом.

Как в этих условиях извлечь жидкость из сосуда?

Извлечение жидкости из сосуда в невесомости основано на тех же физических принципах, что и ее переливание. Способ извлечения зависит от типа сосуда.

1. Из открытого сосуда. Если жидкость находится в открытой емкости, например, в стакане, ее нельзя просто выпить, наклонив стакан. Самый простой и эффективный способ — использовать соломинку (трубочку). Когда человек втягивает воздух из соломинки, он создает в ней область пониженного давления. Давление газа в кабине космического корабля, действуя на поверхность жидкости в стакане, выталкивает ее вверх по соломинке.

2. Из закрытого сосуда. Если жидкость находится в герметичной упаковке, то методы ее извлечения аналогичны методам переливания:

- Из эластичного пакета жидкость можно просто выдавить.

- Из жесткого контейнера жидкость можно извлечь, либо вытеснив ее газом, либо используя насос или поршневую систему (по принципу шприца), которая создаст разрежение и "втянет" жидкость.

Ответ: Извлечь жидкость из сосуда можно, создав разность давлений: из открытого сосуда — с помощью соломинки, из закрытого эластичного — путем сжатия, а из закрытого жесткого — путем вытеснения газом или с помощью насоса.