Номер 18, страница 34, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Плавание тел. Параграф 19. Атмосферное давление - номер 18, страница 34.

Условие.

18. Опишите и объясните опыт, схематически изображённый на рисунке 19.7.

Рис. 19.7

Решение.

Описание опыта:

На рисунке схематически изображён опыт, демонстрирующий существование и позволяющий измерить атмосферное давление. Этот эксперимент известен как опыт Торричелли. Для его проведения длинную стеклянную трубку, запаянную с одного конца, полностью заполняют жидкостью (в классическом опыте используется ртуть). Затем, плотно закрыв открытый конец, трубку переворачивают и опускают этим концом в сосуд с той же жидкостью. Когда открытый конец трубки оказывается под уровнем жидкости в сосуде, его открывают. В результате наблюдается, что жидкость из трубки выливается не полностью, а столб жидкости останавливается на определённой высоте $\text{h}$ над уровнем жидкости в сосуде. В верхней части трубки, над столбом жидкости, образуется разреженное пространство, которое называют «торричеллиевой пустотой». Оно заполнено парами жидкости, давление которых при комнатной температуре обычно очень мало (особенно в случае с ртутью).

Объяснение опыта:

Столб жидкости в трубке удерживается благодаря давлению, которое атмосфера оказывает на свободную поверхность жидкости в широком сосуде. Согласно закону Паскаля, это атмосферное давление ($p_{атм}$) передаётся без изменений в любую точку жидкости, в том числе и на уровень жидкости под открытым концом трубки, создавая силу, направленную вверх.

Эта сила уравновешивает вес столба жидкости в трубке. Равновесие наступает, когда атмосферное давление становится равным сумме гидростатического давления столба жидкости ($p_{ж}$) и давления паров жидкости в торричеллиевой пустоте ($p_{пар}$).

Гидростатическое давление столба жидкости рассчитывается по формуле:

$p_{ж} = \rho \cdot g \cdot h$

где $\rho$ — плотность жидкости, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{h}$ — высота столба жидкости.

Условие равновесия для давлений на уровне поверхности жидкости в сосуде можно записать в виде:

$p_{атм} = p_{ж} + p_{пар}$

или

$p_{атм} = \rho \cdot g \cdot h + p_{пар}$

Таким образом, опыт показывает, что высота столба жидкости $\text{h}$ определяется величиной атмосферного давления. Чем выше атмосферное давление, тем выше столб жидкости в трубке. Этот принцип лежит в основе работы ртутного барометра — прибора для точного измерения атмосферного давления.

Ответ: На рисунке изображён опыт, доказывающий существование атмосферного давления. Столб жидкости в перевёрнутой трубке удерживается давлением атмосферы, которое действует на поверхность жидкости в открытом сосуде, и высота этого столба является мерой атмосферного давления.