Номер 2, страница 10, 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 2, страница 10.

Условие.

2. Объясните рисунок 17.2, на котором изображены силы, действующие на расположенные на разной высоте участки поверхности сосуда одинаковой площади.

Рис. 17.2

Решение.

На данном рисунке схематически изображены силы давления, которые жидкость оказывает на стенки и дно сосуда. Величина и направление этих сил объясняются законами гидростатики.

Гидростатическое давление и сила давления

Давление, создаваемое покоящейся жидкостью, называется гидростатическим. Оно зависит от плотности жидкости и высоты ее столба над точкой измерения (глубины) и рассчитывается по формуле:
$p = \rho g h$
где $\rho$ – плотность жидкости, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, а $\text{h}$ – глубина.

Сила давления $\text{F}$, с которой жидкость действует на некоторый участок поверхности площадью $\text{S}$, перпендикулярно этой поверхности и равна произведению давления на площадь:
$F = pS$

Объяснение сил на рисунке

Согласно условию, силы $\vec{F_1}$, $\vec{F_2}$ и $\vec{F_3}$ действуют на участки боковой стенки одинаковой площади $\text{S}$, но на разной глубине. Обозначим эти глубины как $h_1$, $h_2$ и $h_3$ соответственно.
Из рисунка видно, что $h_1 < h_2 < h_3$.
Поскольку давление прямо пропорционально глубине, то давление в точках приложения этих сил будет увеличиваться сверху вниз: $p_1 < p_2 < p_3$.
Так как площадь участков одинакова, то и силы давления на них будут находиться в таком же соотношении:
$F_1 = p_1 S = \rho g h_1 S$
$F_2 = p_2 S = \rho g h_2 S$
$F_3 = p_3 S = \rho g h_3 S$
Следовательно, $F_1 < F_2 < F_3$. Именно поэтому на рисунке длина векторов, изображающих силы, увеличивается с глубиной.

Сила $\vec{F_4}$ действует на дно сосуда. На дне глубина жидкости является максимальной ($\text{H}$), поэтому и давление там наибольшее. Если сила $\vec{F_4}$ действует на участок такой же площади $\text{S}$, то ее величина будет максимальной из всех представленных ($F_4 > F_3 > F_2 > F_1$).

Таким образом, рисунок иллюстрирует два основных свойства гидростатического давления:
1. Давление (и сила давления на одинаковую площадь) увеличивается с глубиной.
2. Сила давления жидкости всегда направлена перпендикулярно поверхности, на которую она действует.

Ответ: Рисунок показывает, что сила давления жидкости, действующая на одинаковые по площади участки поверхности сосуда, увеличивается с глубиной. Это связано с тем, что гидростатическое давление ($p = \rho g h$) прямо пропорционально глубине ($\text{h}$). Поэтому сила $\vec{F_1}$, действующая на небольшой глубине, меньше силы $\vec{F_2}$, действующей глубже, а та, в свою очередь, меньше силы $\vec{F_3}$ ($F_1 < F_2 < F_3$). Сила $\vec{F_4}$ действует на дно, где глубина максимальна, поэтому давление и сила давления на единицу площади также являются максимальными. Все векторы сил перпендикулярны соответствующим поверхностям (стенкам и дну).