Номер 34, 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 34, страница 36.

Условие.

34. Возьмите стеклянную бутылку с горлышком, диаметр которого немного меньше, чем куриное яйцо. Сварите куриное яйцо вкрутую и осторожно очистите его от скорлупы. Обдайте бутылку изнутри горячей водой из-под крана и сразу же поставьте яйцо на горлышко бутылки. Объясните, почему яйцо втянулось в бутылку. Постарайтесь после этого достать яйцо из бутылки, не повредив его.

Решение.

Объяснение, почему яйцо втянулось в бутылку

Это физическое явление объясняется разницей давлений воздуха внутри и снаружи бутылки, которая возникает из-за изменения температуры.

1. Изначально, когда бутылка открыта, давление воздуха в ней равно атмосферному давлению окружающей среды.

2. Когда бутылку ополаскивают горячей водой, воздух внутри нее нагревается. Согласно газовым законам (в частности, закону Гей-Люссака), при нагревании газ расширяется. Так как бутылка открыта, часть нагретого, расширившегося воздуха выходит наружу. В результате масса и количество воздуха внутри бутылки уменьшаются.

3. Когда сваренное и очищенное яйцо кладут на горлышко, оно создает герметичную пробку, запирая оставшийся воздух внутри.

4. Бутылка и воздух внутри нее начинают остывать, стремясь к равновесию с комнатной температурой. По мере остывания воздуха его давление уменьшается. Для постоянного объема, давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре ($P/T = const$).

5. В результате давление внутри бутылки ($P_{внутреннее}$) становится значительно ниже, чем атмосферное давление снаружи ($P_{атмосферное}$).

6. Эта разница давлений создает силу, направленную из области высокого давления (снаружи) в область низкого давления (внутрь). Сила, действующая на яйцо, равна произведению разницы давлений на площадь сечения горлышка: $F = (P_{атмосферное} - P_{внутреннее}) \cdot S$.

7. Если эта сила оказывается достаточной, чтобы преодолеть силы трения и немного деформировать упругое яйцо, оно будет втянуто внутрь бутылки.

Ответ: Яйцо втягивается в бутылку из-за того, что после нагревания и последующего остывания воздуха внутри запечатанной бутылки его давление становится ниже атмосферного. Возникшая разность давлений создает силу, которая заталкивает яйцо внутрь.

Как достать яйцо из бутылки, не повредив его

Чтобы извлечь яйцо из бутылки целым, необходимо создать обратный эффект — сделать давление внутри бутылки выше, чем снаружи. Это вытолкнет яйцо наружу.

1. Переверните бутылку вверх дном так, чтобы яйцо опустилось в горлышко и перекрыло его.

2. Далее нужно увеличить давление воздуха внутри бутылки. Существует несколько способов:

• Нагревание бутылки. Поместите бутылку в таз с горячей водой или осторожно нагрейте ее другим способом (например, поливая горячей водой снаружи). Воздух внутри бутылки нагреется, его давление увеличится и вытолкнет яйцо наружу.

• Вдувание воздуха. Держа бутылку перевернутой, плотно прижмитесь губами к горлышку и с силой вдуйте в нее воздух. Это увеличит количество воздуха (и, следовательно, давление) внутри бутылки. Созданное избыточное давление вытолкнет яйцо.

Оба метода основаны на создании избыточного давления внутри бутылки, которое будет действовать на яйцо и выталкивать его.

Ответ: Чтобы достать яйцо из бутылки, не повредив его, нужно перевернуть бутылку и создать внутри нее давление выше атмосферного. Этого можно достичь, нагрев бутылку или вдув в нее дополнительный воздух, что приведет к выталкиванию яйца.