Ответьте на вопросы, страница 92 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему вода из узкой длинной трубки, запаянной с одного конца, не выливается полностью, если трубку развернуть открытым концом вниз?

2. Почему всплывающие в воде пузыри воздуха увеличиваются в размерах?

1. Почему вода из узкой длинной трубки, запаянной с одного конца, не выливается полностью, если трубку развернуть открытым концом вниз?

Когда узкая длинная трубка, наполненная водой и запаянная с одного конца, переворачивается открытым концом вниз, вода не выливается полностью из-за действия атмосферного давления. На открытую поверхность воды в нижней части трубки снаружи давит атмосфера. Это давление создает силу, направленную вверх и удерживающую столб воды.

Когда вода немного вытекает под действием силы тяжести, над ней в запаянной части трубки образуется пространство, давление в котором падает (становится ниже атмосферного). В какой-то момент устанавливается равновесие: внешнее атмосферное давление $p_{атм}$ уравновешивает сумму давления столба воды $p_{воды} = \rho g h$ (где $\rho$ — плотность воды, $g$ — ускорение свободного падения, $h$ — высота столба воды) и давления разреженного воздуха $p_{воздуха}$ в верхней части трубки.

Состояние равновесия описывается формулой: $p_{атм} \approx p_{воздуха} + \rho g h$.

Кроме того, для узких трубок важную роль играют силы поверхностного натяжения. На границе воды и воздуха у открытого конца трубки образуется вогнутая поверхность (мениск), которая действует подобно упругой пленке и дополнительно помогает удерживать воду от вытекания.

Ответ: Вода удерживается в трубке силой атмосферного давления, которое действует на нижнюю поверхность столба жидкости и уравновешивает ее вес и давление разреженного воздуха над ней. В узких трубках также помогает сила поверхностного натяжения.

2. Почему всплывающие в воде пузыри воздуха увеличиваются в размерах?

Увеличение размера пузырьков воздуха при их всплытии в воде объясняется изменением гидростатического давления и законом Бойля — Мариотта.

Давление в жидкости увеличивается с глубиной. На пузырек, находящийся на глубине $h$, действует давление, равное сумме атмосферного давления на поверхности воды $p_{атм}$ и гидростатического давления столба воды над ним $p_{гидр} = \rho g h$. Общее давление на пузырек составляет $P = p_{атм} + \rho g h$.

Когда пузырек поднимается к поверхности, его глубина $h$ уменьшается. Вследствие этого уменьшается гидростатическое давление, а значит, и общее внешнее давление $P$, оказываемое на пузырек.

Согласно закону Бойля — Мариотта, для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления на объем есть величина постоянная: $P \cdot V = const$. Так как при всплытии пузырька внешнее давление $P$ на него падает, его объем $V$ должен увеличиться, чтобы произведение $P \cdot V$ осталось неизменным. Поэтому пузырек расширяется.

Ответ: По мере подъема пузырька к поверхности гидростатическое давление воды на него уменьшается. В соответствии с законом Бойля — Мариотта, уменьшение внешнего давления приводит к увеличению объема газа, из-за чего пузырек и увеличивается в размерах.