Номер 5, страница 16, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 5. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Параграф 46. Природа давления газов и жидкостей. Вопросы и задания - номер 5, страница 16.

Условие.

5. Объясните, почему надутый бумажный или полиэтиленовый пакет с треском лопается, если по нему ударить рукой.

Решение.

Решение

Надутый бумажный или полиэтиленовый пакет содержит определённое количество воздуха. Молекулы этого воздуха находятся в постоянном движении, сталкиваются со стенками пакета и создают давление изнутри. Это давление уравновешивается внешним атмосферным давлением и силой упругости материала, из которого сделан пакет.

Когда по пакету наносят резкий удар рукой, его объём очень быстро уменьшается. Поскольку пакет герметично закрыт (или отверстие слишком мало), воздух не успевает выйти наружу. Согласно закону Бойля — Мариотта, при постоянной температуре и неизменной массе газа произведение его давления $\text{P}$ на объём $\text{V}$ остаётся постоянным ($P \cdot V = \text{const}$). Таким образом, резкое уменьшение объёма $\text{V}$ приводит к мгновенному и значительному увеличению давления $\text{P}$ воздуха внутри пакета.

Давление — это сила, действующая на единицу площади. Увеличенное давление воздуха создаёт огромную силу, которая действует на внутреннюю поверхность стенок пакета. Как только эта сила превышает предел прочности материала (бумаги или полиэтилена), пакет разрывается в наиболее слабом месте.

Громкий хлопок (треск) возникает в момент разрыва. Сжатый воздух, находившийся под высоким давлением внутри пакета, с огромной скоростью устремляется наружу, в область с более низким атмосферным давлением. Это резкое расширение создаёт в окружающем воздухе ударную волну, которую наш слух воспринимает как громкий звук.

Ответ: При резком ударе по надутому пакету его объём уменьшается. Это приводит к быстрому и сильному увеличению давления воздуха внутри, согласно закону Бойля — Мариотта. Когда сила этого давления на стенки пакета превышает предел прочности материала, пакет разрывается. Громкий треск — это звук ударной волны, создаваемой мгновенным расширением сжатого воздуха.