Номер 10, страница 15, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Плавание тел. Параграф 17. Давление жидкостей и газов. Закон Паскаля - номер 10, страница 15.

Условие.

10. Прочитайте следующий текст и выполните задания к нему.

С помощью насосов увеличивают или уменьшают давление жидкости или газа в замкнутом объёме. Благодаря этому, например, выкачивают воду из колодцев, а также накачивают колёса некоторых транспортных средств.

Рассмотрим поршневые насосы, с помощью которых можно увеличивать или уменьшать давление газа (часто этим газом является воздух).

Насосы, предназначенные для увеличения давления газа, называют нагнетательными, а насосы, с помощью которых уменьшают давление газа, называют разрежающими.

Рис. 17.8

Рис. 17.9

Рисунки 17.8, а, б схематически иллюстрируют действие велосипедного насоса, а рисунки 17.9, а, б — действие насоса, предназначенного для откачивания воздуха из-под стеклянного колокола для проведения опытов при пониженном давлении (одним из таких опытов является закипание воды при комнатной температуре).

Значительную роль в каждом насосе играют клапаны — так называют устройства, пропускающие жидкость или газ только в одном направлении.

а) Является велосипедный насос нагнетательным или разрежающим?

б) Объясните, что иллюстрирует рисунок 17.8, а. Какими цифрами обозначены клапаны на этом рисунке? Какой клапан закрыт, а какой — открыт? Изменяется ли при показанном движении поршня давление в велосипедной камере, и если да, то увеличивается или уменьшается?

в) Объясните действие насоса на рисунках 17.9, а, б. Является этот насос нагнетательным или разрежающим? Какое явление можно продемонстрировать благодаря использованию данного насоса?

г) Начертите примерные графики зависимости давления от времени в велосипедной камере и под стеклянным колоколом при использовании рассмотренных здесь насосов.

Решение.

а) Велосипедный насос предназначен для увеличения давления воздуха в шине, то есть для нагнетания воздуха. Согласно определению, данному в тексте, насосы, предназначенные для увеличения давления газа, называют нагнетательными.

Ответ: Велосипедный насос является нагнетательным.

б) Рисунок 17.8, а иллюстрирует рабочий ход насоса — движение поршня вправо. В этот момент воздух, находящийся в цилиндре насоса, сжимается. Клапаны на рисунке обозначены цифрами 1 (клапан на поршне) и 2 (клапан у входа в камеру, так называемый ниппель). При сжатии воздуха его давление возрастает и становится выше давления в камере. В результате этого клапан 2 открывается, пропуская воздух в камеру, а клапан 1, наоборот, плотно прижимается и закрывается, не давая воздуху выйти обратно. При показанном движении поршня давление в велосипедной камере увеличивается, так как в нее поступает новая порция воздуха.

Ответ: Рисунок 17.8, а иллюстрирует процесс нагнетания воздуха в камеру при движении поршня вправо. Клапаны обозначены цифрами 1 и 2. Клапан 1 (на поршне) закрыт, а клапан 2 (у камеры) открыт. Давление в велосипедной камере увеличивается.

в) Рисунок 17.8, б иллюстрирует обратный ход поршня — движение влево. При этом объем пространства перед поршнем в цилиндре увеличивается, что приводит к падению давления в нем. Давление в камере (3) теперь значительно выше, чем в цилиндре насоса, поэтому клапан 2 остается закрытым. С другой стороны, атмосферное давление позади поршня становится выше, чем давление в цилиндре, поэтому воздух из атмосферы открывает клапан 1 и заполняет цилиндр. Давление в велосипедной камере при этом не меняется, так как она изолирована закрытым клапаном 2.

Ответ: Рисунок 17.8, б иллюстрирует процесс забора воздуха из атмосферы в цилиндр насоса. Клапаны обозначены цифрами 1 и 2. Клапан 1 (на поршне) открыт, а клапан 2 (у камеры) закрыт. Давление в велосипедной камере не изменяется.

г) Насос, изображенный на рисунках 17.9, а и б, работает следующим образом: при движении поршня вверх (рис. а) объем под ним увеличивается, давление падает. Вследствие этого открывается клапан, соединяющий насос с колоколом, и воздух из-под колокола переходит в цилиндр насоса. При движении поршня вниз (рис. б) воздух в цилиндре сжимается, его давление растет. Это приводит к закрытию клапана, ведущего к колоколу, и открытию клапана, сообщающегося с атмосферой, через который воздух выходит наружу. С каждым таким циклом давление под колоколом уменьшается. Такой насос, предназначенный для уменьшения давления, является разрежающим (или вакуумным). Благодаря использованию данного насоса можно продемонстрировать явления, происходящие при пониженном давлении. Как упомянуто в тексте, одним из таких явлений является кипение воды при комнатной температуре, поскольку температура кипения жидкости понижается с уменьшением давления над ее поверхностью.

Ответ: Насос на рисунках 17.9, а, б является разрежающим. Он откачивает воздух из-под колокола. С его помощью можно продемонстрировать кипение воды при комнатной температуре.

д) Поскольку начертить графики невозможно, приведем их словесное описание.

График зависимости давления от времени в велосипедной камере:

По оси абсцисс откладывается время ($\text{t}$), по оси ординат — давление ($\text{P}$). В начальный момент времени давление в камере имеет некоторое начальное значение $P_0$. При каждом рабочем ходе насоса (нагнетании) давление в камере скачкообразно возрастает. Во время обратного хода поршня (забора воздуха) давление в камере остается постоянным. В результате график имеет вид ступенчатой возрастающей линии. Каждый цикл работы насоса (вперед-назад) добавляет одну "ступеньку" вверх.

График зависимости давления от времени под стеклянным колоколом:

По оси абсцисс откладывается время ($\text{t}$), по оси ординат — давление ($\text{P}$). В начальный момент времени давление под колоколом равно атмосферному, $P_{атм}$. С каждым циклом работы насоса (вверх-вниз) порция воздуха откачивается, и давление под колоколом скачкообразно уменьшается. Так как насос за один цикл откачивает примерно постоянную долю от оставшегося газа, абсолютное падение давления с каждым циклом становится все меньше. График представляет собой ступенчатую убывающую линию, которая асимптотически приближается к нулю. Высота "ступенек" вниз со временем уменьшается.

Ответ: График давления в велосипедной камере — ступенчатая возрастающая функция времени. График давления под стеклянным колоколом — ступенчатая убывающая функция времени с уменьшающейся высотой ступеней.