Номер 23, страница 35, 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 23, страница 35.

Условие.

23. На рисунке 19.9 изображены закрытая банка с водой и пустой стакан, соединённые стеклянной трубкой и помещённые под колокол воздушного насоса. Что будет происходить, если из-под колокола откачивать воздух? Что произойдёт, если воздух снова впустить под колокол?

Рис. 19.9

Решение.

Что будет происходить, если из-под колокола откачивать воздух?

В начальный момент времени давление воздуха под колоколом, в закрытой банке и в пустом стакане одинаково и равно атмосферному. Когда с помощью насоса начинают откачивать воздух, давление под колоколом ($P_{колокол}$) понижается.

Внутри закрытой банки находится запертый воздух, давление которого ($P_{банка}$) изначально остаётся равным атмосферному. Таким образом, создаётся разность давлений, при которой давление внутри банки оказывается больше давления снаружи, под колоколом ($P_{банка} > P_{колокол}$).

Из-за этой разности давлений на поверхность воды в банке действует сила, выталкивающая воду. В результате вода по стеклянной трубке начнёт перетекать из банки в пустой стакан, где давление ниже.

По мере того как вода вытекает из банки, объём, занимаемый запертым воздухом, увеличивается, а его давление, согласно закону Бойля-Мариотта, уменьшается. Вода будет перетекать до тех пор, пока давление воздуха в банке не уравновесится с давлением под колоколом (с учётом гидростатического давления столба жидкости).

Стоит также отметить, что при достижении достаточно низкого давления под колоколом вода может закипеть при комнатной температуре, так как температура кипения жидкости понижается с уменьшением давления над её поверхностью.

Ответ: Вода из закрытой банки будет перетекать по трубке в пустой стакан.

Что произойдёт, если воздух снова впустить под колокол?

После откачки воздуха давление в пространстве под колоколом и в банке стало низким, а часть воды переместилась в стакан. Если начать впускать воздух обратно под колокол, то давление под ним ($P_{колокол}$) начнёт увеличиваться, стремясь к атмосферному.

Теперь давление под колоколом, которое действует на поверхность воды в стакане, станет больше, чем низкое давление запертого воздуха в банке ($P_{колокол} > P_{банка}$).

Эта новая разность давлений создаст силу, действующую в обратном направлении. Внешнее давление будет "загонять" воду из стакана обратно по трубке в банку.

По мере заполнения банки водой объём запертого в ней воздуха будет уменьшаться, а его давление — расти. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока давление в банке не сравняется с давлением под колоколом, то есть не достигнет атмосферного. Система вернётся в исходное состояние.

Ответ: Вода из стакана перетечёт обратно в закрытую банку.