Номер 32, страница 36, 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 32, страница 36.

Условие.

32. Проявление атмосферного давления

1. Опустите трубочку для коктейля вертикально в стакан с подкрашенной водой так, чтобы трубочка примерно наполовину заполнилась водой. Плотно закрыв верхний конец трубки пальцем, выньте её из воды. Объясните: почему вода не выливается? Откройте верхний конец трубки. Почему вода вылилась из трубки?

2. Опустите одноразовый шприц без иглы в стакан с подкрашенной водой и потяните поршень вверх. Объясните: почему вода заполняет шприц?

Решение.

1. Когда верхний конец трубочки плотно закрыт пальцем, вода не выливается, так как на неё действуют несколько сил, которые уравновешивают друг друга. Снизу на столбик воды в трубочке действует сила атмосферного давления, направленная вверх. Сверху на воду давит запертый в трубочке воздух, а также на неё действует сила тяжести, направленная вниз. Когда мы вынимаем трубочку из стакана, столбик воды под действием силы тяжести немного опускается, увеличивая объём пространства, занятого воздухом над водой. Согласно закону Бойля-Мариотта, при увеличении объёма газа его давление уменьшается. Таким образом, давление воздуха внутри трубочки ($P_{возд}$) становится меньше атмосферного ($P_{атм}$). Атмосферное давление, действующее на нижнюю поверхность воды, оказывается достаточным, чтобы уравновесить сумму давления столба воды ($P_{воды} = \rho gh$) и пониженного давления воздуха над ней. Условие равновесия выглядит так: $P_{атм} \ge P_{возд} + P_{воды}$.

Когда мы убираем палец, верхний конец трубки оказывается открытым. Теперь на верхнюю поверхность воды в трубке, так же как и на нижнюю, действует атмосферное давление. Однако на воду в трубке дополнительно действует сила тяжести, создающая гидростатическое давление $P_{воды}$. В результате полное давление, направленное вниз, становится больше, чем давление, направленное вверх ($P_{атм} + P_{воды} > P_{атм}$). Из-за этой разницы давлений вода выливается из трубочки.

Ответ: С закрытым концом вода не выливается, потому что сила атмосферного давления, действующая снизу, уравновешивает вес столба воды и пониженное давление воздуха над ним. С открытым концом давление воздуха сверху и снизу столбика воды становится одинаковым (атмосферным), и вода выливается под действием собственной силы тяжести.

2. Когда мы опускаем шприц в воду и начинаем тянуть поршень вверх, объём пространства под поршнем увеличивается. Воздух, находящийся в этом пространстве, расширяется, и его давление резко падает, становясь значительно ниже атмосферного давления. На поверхность воды в стакане снаружи шприца продолжает действовать атмосферное давление. Возникает большая разница давлений: высокое атмосферное давление снаружи и низкое давление внутри шприца. Эта разница давлений создаёт силу, которая "заталкивает" воду из стакана в область пониженного давления, то есть внутрь шприца, до тех пор, пока поршень не остановится или давление внутри не уравновесится с внешним (с учётом веса столба набранной воды).

Ответ: При движении поршня вверх под ним создаётся область пониженного давления (разрежение). Внешнее атмосферное давление, действующее на поверхность воды в стакане, "загоняет" воду внутрь шприца.