Номер 2, страница 149 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

2. Налейте в стакан воду и закройте его листом бумаги. Поддерживая лист рукой, переверните стакан вверх дном. Если теперь отнять руку от бумаги, то вода из стакана не выльется (рис. 6.26.5).

Бумага останется как бы приклеенной к краям стакана. Почему? Обоснуйте ответ.

Рис. 6.26.5

2. Это явление объясняется действием атмосферного давления. Когда стакан с водой, накрытый листом бумаги, переворачивается, на лист начинают действовать две основные силы в вертикальном направлении.

1. Сила давления воды. Изнутри на лист давит столб воды. Это давление называется гидростатическим и направлено вниз. Сила, с которой вода давит на бумагу площадью $S$, равна весу столба воды: $F_{воды} = p_{воды} \cdot S$. Давление воды можно рассчитать по формуле $p_{воды} = \rho g h$, где $\rho$ – плотность воды, $g$ – ускорение свободного падения, $h$ – высота столба воды.

2. Сила атмосферного давления. Снаружи на лист бумаги со всех сторон давит воздух. Сила, действующая на лист снизу вверх, создается атмосферным давлением $p_{атм}$. Эта сила равна $F_{атм} = p_{атм} \cdot S$.

Вода не выливается потому, что сила атмосферного давления, действующая на бумагу снизу ($F_{атм}$), значительно превышает силу давления, создаваемую весом воды ($F_{воды}$).

$F_{атм} > F_{воды}$

$p_{атм} \cdot S > \rho g h \cdot S$

$p_{атм} > \rho g h$

Нормальное атмосферное давление составляет около $101325$ Па. Такое давление способно уравновесить столб воды высотой примерно $10.3$ метра. Поскольку высота воды в обычном стакане намного меньше (например, $10-15$ см), сила атмосферного давления с большим запасом удерживает воду от выливания. Лист бумаги играет роль барьера, который не позволяет воздуху проникнуть в стакан (что выровняло бы давление) и на который, собственно, и действуют описанные силы. Некоторую роль играет и сила поверхностного натяжения воды, которая помогает создать герметичное прилегание бумаги к краям стакана.

Ответ: Вода не выливается, так как давление атмосферного воздуха на лист бумаги снаружи (снизу) намного больше, чем давление столба воды на лист бумаги изнутри стакана (сверху).