Номер 3, страница 14 - гдз по физике 7 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

II. Строение вещества. Выполняем тест - номер 3, страница 14.

Условие.

3. Как из нескольких сортов фильтровальной бумаги выбрать тот, в котором поры меньше, не используя при этом никаких приборов?

1) Менее шероховатая бумага обладает меньшими порами.

2) Концы полосок разных сортов бумаги опустить в воду: по той полоске, где поры меньше, вода поднимется на большую высоту.

3) Концы полосок бумаги опустить в воду: по бумаге с меньшими порами вода поднимется на меньшую высоту.

Решение.

Решение

Для того чтобы выбрать сорт фильтровальной бумаги с наименьшими порами, не прибегая к использованию измерительных приборов, можно воспользоваться физическим явлением — капиллярностью. Фильтровальная бумага имеет пористую структуру, состоящую из множества тончайших каналов (капилляров). При погружении края бумаги в воду, силы поверхностного натяжения заставляют воду подниматься вверх по этим капиллярам.

Высота подъема жидкости в капилляре описывается законом Жюрена, который устанавливает связь между высотой подъема и радиусом капилляра:

$h = \frac{2\sigma \cos\theta}{\rho g r}$

В этой формуле $\text{h}$ — высота подъема жидкости, $\sigma$ — коэффициент поверхностного натяжения воды, $\theta$ — краевой угол смачивания (для воды и целлюлозы он близок к нулю, поэтому $\cos\theta \approx 1$), $\rho$ — плотность воды, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{r}$ — средний радиус капилляров (пор бумаги).

Из закона Жюрена следует, что высота подъема жидкости $\text{h}$ обратно пропорциональна радиусу пор $\text{r}$. Иными словами, чем тоньше капилляры (меньше поры), тем на большую высоту поднимется по ним вода. Основываясь на этом принципе, проанализируем предложенные варианты.

① Менее шероховатая бумага обладает меньшими порами.

Это утверждение не является надежным критерием. Шероховатость — это характеристика рельефа поверхности, тогда как размер пор относится к внутренней структуре материала. Хотя гладкая на ощупь бумага может иметь мелкие поры, прямая зависимость отсутствует. Оценка на ощупь субъективна и не может служить достоверным методом сравнения.

Ответ: Данный способ является ненадежным и неточным.

② Концы полосок разных сортов бумаги опустить в воду: по той полоске, где поры меньше, вода поднимется на большую высоту.

Этот метод напрямую использует капиллярный эффект. Согласно закону Жюрена, высота подъема воды $\text{h}$ обратно пропорциональна радиусу пор $\text{r}$. Следовательно, в бумаге с более мелкими порами вода действительно поднимется на максимальную высоту. Этот простой эксперимент позволяет объективно сравнить различные образцы и выбрать тот, у которого поры самые маленькие.

Ответ: Это правильный и физически обоснованный способ.

③ Концы полосок бумаги опустить в воду: по бумаге с меньшими порами вода поднимется на меньшую высоту.

Данное утверждение противоречит закону Жюрена и физической сути капиллярных явлений. Как было показано, чем меньше радиус пор, тем выше поднимается жидкость, а не наоборот.

Ответ: Данный способ является неверным.