Номер 6, страница 30, 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 6, страница 30.

Условие.

6. Оцените силу давления воздуха на ваш стол в классе. Объясните, почему под действием такой силы стол не ломается и не вдавливается в пол.

Решение.

Дано:

Для оценки силы давления воздуха на стол примем его размеры и атмосферное давление равными:

Длина столешницы, $a = 60 \text{ см}$

Ширина столешницы, $b = 50 \text{ см}$

Атмосферное давление, $P_{атм} = 100 \text{ кПа}$

Перевод в систему СИ:

$a = 0.6 \text{ м}$

$b = 0.5 \text{ м}$

$P_{атм} = 100 \cdot 10^3 \text{ Па} = 10^5 \text{ Па}$

Найти:

$\text{F}$ - силу давления воздуха на стол;

Объяснить, почему стол не ломается.

Решение:

Сначала оценим силу давления воздуха, действующую на поверхность стола. Сила давления $\text{F}$ связана с давлением $\text{P}$ и площадью поверхности $\text{S}$ соотношением:

$F = P \cdot S$

Вычислим площадь столешницы:

$S = a \cdot b = 0.6 \text{ м} \cdot 0.5 \text{ м} = 0.3 \text{ м}^2$

Теперь рассчитаем силу, с которой воздух давит на верхнюю поверхность стола:

$F = 10^5 \text{ Па} \cdot 0.3 \text{ м}^2 = 30000 \text{ Н} = 30 \text{ кН}$

Эта сила огромна, она эквивалентна весу тела массой $m = F/g \approx 30000 \text{ Н} / 10 \text{ м/с}^2 = 3000 \text{ кг}$, то есть около 3 тонн.

Далее объясним, почему стол не ломается под действием такой силы. Причина в том, что атмосферное давление действует на все поверхности тела, погруженного в воздух. Согласно закону Паскаля, давление, производимое на газ, передается во все точки одинаково по всем направлениям. Это означает, что воздух давит не только на верхнюю поверхность стола (сверху вниз), но и на нижнюю поверхность (снизу вверх), а также на боковые грани.

Сила давления, действующая на нижнюю поверхность столешницы, направлена вверх и практически равна по модулю силе, действующей на верхнюю поверхность. Эти две большие силы уравновешивают (компенсируют) друг друга. Аналогично компенсируются силы давления, действующие на боковые поверхности стола и его ножки. В результате суммарная (результирующая) сила, создаваемая атмосферным давлением, оказывается близкой к нулю. Поэтому стол не испытывает деформации и не вдавливается в пол, а выдерживает лишь свой собственный вес и вес предметов на нем.

Ответ: Сила давления воздуха на поверхность стола составляет примерно 30 000 Н. Стол не ломается и не вдавливается в пол, потому что воздух давит на все его поверхности (сверху, снизу и с боков). Силы давления, действующие на противоположные стороны стола, равны по величине и противоположны по направлению, поэтому они взаимно компенсируются, и их результирующая сила практически равна нулю.