Ответьте на вопросы, страница 55 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему жидкость не выливается из пипетки (рис. 71)?

2. Объясните принцип действия автопоилки (рис. 72)?

Рис. 71. К вопросу 1

Рис. 72. Автопоилка для кур

1. Почему жидкость не выливается из пипетки (рис. 71)?

Жидкость удерживается в пипетке с закрытым верхним отверстием благодаря балансу давлений. На столбик жидкости действуют три основных давления:
1. Гидростатическое давление столба жидкости, направленное вниз. Оно создается силой тяжести и рассчитывается по формуле $P_{гидр} = \rho g h$, где $\rho$ — плотность жидкости, $g$ — ускорение свободного падения, а $h$ — высота столба жидкости.
2. Давление воздуха, запертого над жидкостью в пипетке, которое также направлено вниз.
3. Атмосферное давление, действующее на поверхность жидкости в нижнем отверстии пипетки и направленное вверх.
Когда верхнее отверстие пипетки закрыто, жидкость не выливается, потому что внешнее атмосферное давление ($P_{атм}$) больше или равно сумме давления запертого воздуха ($P_{возд}$) и гидростатического давления жидкости ($P_{гидр}$). Если бы жидкость начала вытекать, объем, занимаемый запертым воздухом, увеличился бы, а его давление, соответственно, уменьшилось. Это привело бы к тому, что разница между внешним атмосферным давлением и внутренним давлением стала бы еще больше, что препятствует вытеканию. Условие равновесия выглядит так: $P_{атм} \ge P_{возд} + \rho g h$.
Кроме того, на выходе из узкого капилляра пипетки действует сила поверхностного натяжения, которая создает своего рода упругую пленку и дополнительно удерживает жидкость от вытекания.
Если открыть верхнее отверстие, давление над жидкостью и под ней станет равным атмосферному, и она свободно вытечет под действием собственного веса.

Ответ: Жидкость не выливается из пипетки с закрытым верхним отверстием, так как внешнее атмосферное давление, действующее на поверхность жидкости снизу, уравновешивает (или превышает) суммарное давление столба жидкости и разреженного воздуха, запертого над ней. Силы поверхностного натяжения также способствуют удержанию жидкости.

2. Объясните принцип действия автопоилки (рис. 72)?

Принцип действия автопоилки основан на использовании атмосферного давления для автоматического поддержания постоянного уровня воды. Конструкция состоит из перевернутой емкости с водой (резервуара) и поддона, в который вода поступает для питья.
Работает устройство следующим образом:
1. Резервуар наполняется водой и переворачивается таким образом, чтобы его горлышко оказалось погруженным в поддон.
2. Вода из резервуара вытекает в поддон до тех пор, пока ее уровень не поднимется выше края горлышка. В этот момент вода перекрывает доступ воздуха в резервуар, создавая герметичное уплотнение.
3. Вытекание воды прекращается, так как внутри резервуара над водой давление воздуха становится ниже атмосферного. Внешнее атмосферное давление, действующее на поверхность воды в поддоне, уравновешивает сумму давления столба воды в резервуаре и пониженного давления воздуха над ней.
4. Когда куры пьют воду, уровень в поддоне понижается. Как только он опускается ниже края горлышка резервуара, уплотнение нарушается.
5. В резервуар проникает пузырек воздуха. Это приводит к кратковременному повышению давления внутри резервуара, из-за чего из него выталкивается новая порция воды.
6. Уровень воды в поддоне снова поднимается, перекрывает горлышко, и система возвращается в состояние равновесия.
Этот цикл повторяется по мере расхода воды, обеспечивая постоянное наличие свежей воды в поддоне на заданном уровне.

Ответ: Принцип действия автопоилки основан на взаимодействии гидростатического и атмосферного давлений. Вода вытекает из перевернутой емкости в поддон до тех пор, пока ее уровень в поддоне не перекроет горлышко емкости. После этого вытекание прекращается, так как внешнее атмосферное давление уравновешивает давление столба воды и разреженного воздуха в емкости. Когда уровень воды в поддоне понижается, в емкость попадает воздух, что позволяет новой порции воды вытечь и восстановить исходный уровень.