Номер 31, страница 46, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Начальные сведения о строении вещества. Параграф 5. Атомы и молекулы - номер 31, страница 46.

Условие.

31. Положите один на другой три мокрых листа бумаги так, чтобы можно было ухватиться за средний лист. Попробуйте вытащить его, не разъединяя листов. Объясните этот опыт.

Решение.

При попытке вытащить средний мокрый лист бумаги из стопки трех листов обнаруживается, что сделать это, не сдвинув два других листа, практически невозможно. Все три листа движутся как единое целое. Это явление объясняется совокупным действием нескольких физических эффектов.

Основной причиной является атмосферное давление. Когда листы бумаги намокают и прижимаются друг к другу, тонкий слой воды между ними вытесняет практически весь воздух. В результате на внешние поверхности верхнего и нижнего листов действует полное давление атмосферы, которое с огромной силой прижимает их друг к другу. Чтобы вытащить средний лист, необходимо преодолеть силу трения скольжения, которая возникает между листами. Величина силы трения $F_{тр}$ прямо пропорциональна силе нормального давления $\text{N}$, прижимающей трущиеся поверхности друг к другу: $F_{тр} = \mu N$. В данном случае сила нормального давления $\text{N}$ создается не столько ничтожным весом верхнего листа, сколько колоссальной силой атмосферного давления, действующей на всю площадь листа.

Атмосферное давление составляет примерно $101325$ Паскалей, или около $10^5$ Н/м². Для листа бумаги формата А4 (площадью примерно $0.062$ м²) сила давления, прижимающая листы, может теоретически достигать значения $F = P \cdot S \approx 10^5 \, \text{Н/м}^2 \cdot 0.062 \, \text{м}^2 = 6200 \, \text{Н}$. Это эквивалентно весу груза массой около 620 кг. Хотя на практике из-за неидеального прилегания листов и наличия пузырьков воздуха эта сила меньше, она всё равно остаётся очень большой.

Дополнительным фактором служат силы молекулярного притяжения. Между листами находится тонкий слой воды. Силы притяжения между молекулами воды (когезия) и силы притяжения между молекулами воды и волокнами бумаги (адгезия) создают эффект «склеивания» листов, дополнительно увеличивая силу, необходимую для их разъединения или сдвига.

Таким образом, именно совокупность силы атмосферного давления и сил межмолекулярного взаимодействия создает настолько большую силу трения между мокрыми листами бумаги, что они ведут себя как единый объект.

Ответ: Вытащить средний мокрый лист бумаги трудно, потому что листы плотно прижаты друг к другу силой атмосферного давления, а также удерживаются силами молекулярного притяжения через тонкий слой воды между ними. Эти силы создают очень большую силу трения, которая препятствует смещению среднего листа относительно двух других, заставляя всю стопку двигаться как единое целое.