Номер 2, страница 111, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Олимпиадные задачи. Параграф 19. Атмосферное давление - номер 2, страница 111.

Условие.

2. Оба конца вертикально расположенной тонкой изогнутой трубки с водой плотно закрыты пробками (рис. 3). Опишите, что будет происходить, если открыть один конец трубки? открыть оба конца трубки?

Рис. 3

Решение.

Если открыть один конец трубки:

Если открыть один конец трубки, то вода из нее выливаться не будет. Это объясняется действием атмосферного давления. На поверхность воды в открытом конце трубки снаружи действует атмосферное давление, которое стремится "затолкнуть" воду обратно в трубку. Внутри трубки, у закрытого конца, давление будет значительно ниже атмосферного. Если вода немного опустится, над ней в замкнутом пространстве образуется разрежение (давление будет близко к давлению насыщенного водяного пара, которое очень мало).

Атмосферное давление способно уравновесить столб воды высотой $\text{h}$, определяемой по формуле $h = P_{атм} / (\rho g)$, где $P_{атм}$ — атмосферное давление, $\rho$ — плотность воды, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения. Эта высота составляет примерно 10,3 метра. Поскольку высота столба воды в трубке на рисунке значительно меньше этой величины, силы атмосферного давления будет более чем достаточно, чтобы удержать воду внутри. Дополнительным фактором, удерживающим воду, является сила поверхностного натяжения на границе воды и воздуха в открытом отверстии, которая особенно значима для тонких трубок.

Ответ: Вода останется в трубке.

Если открыть оба конца трубки:

Если открыть оба конца трубки, то вода полностью выльется. В этом случае атмосферное давление будет действовать на поверхности воды с обоих концов трубки. Так как оба конца открыты для атмосферы, давление на обе поверхности воды со стороны воздуха будет одинаковым (атмосферным). Таким образом, действие атмосферного давления скомпенсировано и не может удержать воду в трубке.

В результате единственной доминирующей силой, действующей на весь столб воды, останется сила тяжести, направленная вертикально вниз. Под действием силы тяжести вся вода вытечет из трубки через оба отверстия. Силы поверхностного натяжения и вязкого трения будут слишком малы, чтобы удержать вес всего столба воды.

Ответ: Вся вода выльется из трубки.