Номер 5, страница 17 - гдз по физике 7 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

II. Строение вещества. Смотрим и думаем - номер 5, страница 17.

Условие.

5. Рассмотрите рисунки. На них приведены схемы опытов по демонстрации сил сцепления, возникающих в результате соединения двух тщательно отполированных металлических цилиндров. На каком из рисунков изображены цилиндры из свинца, а на каком — из стали?

Решение.

В данном опыте демонстрируется явление взаимного притяжения молекул (адгезии), которое возникает, когда две тщательно отполированные поверхности приводятся в плотное соприкосновение. Сила сцепления, удерживающая цилиндры вместе, противостоит силе тяжести подвешенного груза. Чем больший груз могут выдержать сцепленные цилиндры, тем больше сила сцепления между ними.

Дано:

Масса груза на левом рисунке: $m_1 = 3 \text{ кг}$

Масса груза на правом рисунке: $m_2 = 1 \text{ кг}$

Используемые материалы: свинец и сталь.

Найти:

Определить, на каком рисунке цилиндры из свинца, а на каком — из стали.

Решение:

Оценим минимальную силу сцепления $F_{сц}$ в каждом из опытов. Она должна быть не меньше силы тяжести $\text{P}$ подвешенного груза. Сила тяжести вычисляется по формуле $P = mg$, где $g \approx 9.8 \text{ Н/кг}$ — ускорение свободного падения.

Для установки слева (опыт 1):

Сила тяжести груза $P_1 = m_1 g = 3 \text{ кг} \cdot 9.8 \text{ Н/кг} = 29.4 \text{ Н}$.

Следовательно, сила сцепления в этом опыте $F_{сц1} \ge 29.4 \text{ Н}$.

Для установки справа (опыт 2):

Сила тяжести груза $P_2 = m_2 g = 1 \text{ кг} \cdot 9.8 \text{ Н/кг} = 9.8 \text{ Н}$.

Следовательно, сила сцепления в этом опыте $F_{сц2} \ge 9.8 \text{ Н}$.

Сравнивая результаты, видим, что сила сцепления в опыте на левом рисунке ($F_{сц1}$) значительно больше, чем в опыте на правом рисунке ($F_{сц2}$).

Величина силы сцепления зависит от свойств материала, в частности от его пластичности (мягкости). Свинец является очень мягким и пластичным металлом. При соприкосновении и небольшом сжатии двух свинцовых цилиндров их поверхности легко деформируются, что значительно увеличивает площадь их фактического контакта. Чем больше площадь контакта, тем большее число атомов взаимодействует друг с другом, и тем сильнее результирующая сила притяжения.

Сталь, в свою очередь, — это твердый и упругий материал. При тех же условиях площадь фактического контакта двух стальных цилиндров будет значительно меньше из-за микронеровностей, которые не сглаживаются так легко, как у свинца. Поэтому сила сцепления для стальных цилиндров будет заметно слабее.

Таким образом, более сильное сцепление (выдерживающее груз 3 кг) соответствует более пластичному металлу — свинцу. Более слабое сцепление (выдерживающее груз 1 кг) соответствует более твердому металлу — стали.

На каком из рисунков изображены цилиндры из свинца

Цилиндры из свинца изображены на левом рисунке. Они выдерживают большую нагрузку (3 кг) благодаря высокой пластичности свинца, которая обеспечивает большую площадь контакта и, как следствие, большую силу сцепления.

Ответ: На левом рисунке.

На каком из рисунков изображены цилиндры из стали

Цилиндры из стали изображены на правом рисунке. Они выдерживают меньшую нагрузку (1 кг) из-за большей твердости стали, что приводит к меньшей площади фактического контакта и меньшей силе сцепления.

Ответ: На правом рисунке.