Номер 6, страница 60 - гдз по физике 7 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

VI. Атмосфера и атмосферное давление. Выполняем тест - номер 6, страница 60.

Условие.

6. При постановке опыта Торричелли в столбике ртути, содержащейся в трубке, оказался пузырёк воздуха. При увеличении внешнего давления объём пузырька:

1) уменьшится

2) увеличится

2) не будет изменяться

Решение.

Решение

В опыте Торричелли высота столба жидкости (в данном случае ртути) в запаянной с одного конца трубке уравновешивает внешнее давление. Если в пространстве над ртутью находится не вакуум, а пузырёк воздуха, то давление этого воздуха добавляется к давлению столба ртути.

Условие равновесия для давлений на уровне свободной поверхности ртути в сосуде можно записать следующим образом: внешнее давление $P_{внешн}$ равно сумме давления столба ртути высотой $\text{h}$ ($P_{Hg}$) и давления воздуха в пузырьке ($P_{пуз}$).

$P_{внешн} = P_{Hg} + P_{пуз}$

Давление столба ртути выражается как $P_{Hg} = \rho g h$, где $\rho$ — плотность ртути, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения.

Для воздуха в пузырьке, при условии постоянства температуры, справедлив закон Бойля-Мариотта, который связывает давление газа ($P_{пуз}$) и его объём ($V_{пуз}$):

$P_{пуз} \cdot V_{пуз} = \text{const}$

Этот закон означает, что давление и объём газа обратно пропорциональны: при увеличении давления объём уменьшается, и наоборот.

Рассмотрим, что произойдёт при увеличении внешнего давления $P_{внешн}$. Увеличение внешнего давления на поверхность ртути в сосуде приведёт к тому, что ртуть будет подниматься вверх по трубке. Это вызовет сжатие пузырька воздуха, находящегося над столбом ртути. Сжатие означает, что объём пузырька $V_{пуз}$ будет уменьшаться.

Вследствие уменьшения объёма пузырька, согласно закону Бойля-Мариотта, давление воздуха внутри него, $P_{пуз}$, увеличится. Система придёт в новое состояние равновесия, при котором более высокое внешнее давление $P_{внешн}$ будет уравновешено возросшей суммой давления более высокого столба ртути (высота $\text{h}$ увеличится) и возросшего давления воздуха в пузырьке.

Таким образом, при увеличении внешнего давления объём пузырька воздуха уменьшится.

Ответ: 1) уменьшится.