Номер 20, 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 20, страница 34.

Условие.

20. Если пустую пластиковую бутылку ополоснуть горячей водой, плотно завинтить крышку и поместить под струю холодной воды, то бутылка сразу сожмётся. Почему?

Решение.

20. Это физическое явление объясняется изменением давления газа внутри бутылки при его охлаждении.

Сначала, когда пустую бутылку ополаскивают горячей водой, воздух внутри нее нагревается. Часть воды испаряется, и бутылка заполняется смесью горячего воздуха и водяного пара. Когда крышку плотно завинчивают, эта горячая газовая смесь оказывается запертой внутри.

Затем бутылку помещают под струю холодной воды. Стенки бутылки и газ внутри начинают быстро остывать. Согласно газовым законам (в частности, закону Шарля), при охлаждении газа в замкнутом объеме его давление уменьшается. Математически это выражается как $p/T = \text{const}$, где $\text{p}$ — давление, а $\text{T}$ — абсолютная температура. Таким образом, падение температуры приводит к падению давления.

Кроме того, происходит еще один важный процесс: водяной пар, находившийся в бутылке, при охлаждении конденсируется и превращается в жидкую воду. Объем жидкости ничтожно мал по сравнению с объемом, который занимал пар. Это приводит к еще более значительному падению давления внутри бутылки.

В результате давление газа внутри бутылки становится намного меньше, чем атмосферное давление снаружи. Эта разница давлений создает значительную силу, действующую на стенки бутылки извне и направленную внутрь. Поскольку стенки пластиковой бутылки недостаточно прочные, чтобы выдержать этот перепад давлений, атмосферное давление сжимает (сминает) бутылку.

Ответ: Бутылка сжимается, потому что при охлаждении давление горячего воздуха и водяного пара внутри герметично закрытой бутылки резко падает. Внешнее атмосферное давление становится значительно больше внутреннего, и его сила сминает стенки бутылки.