Номер 4, страница 49, часть 2 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 2. Глава 6. Давление жидкостей и газов. Параграф 50. Атмосферное давление. Закон Паскаля - номер 4, страница 49.

Условие.

4. Если выстрелить из пистолета в закрытую пустую пластмассовую бутылку из-под минеральной воды, то в ней образуются два отверстия. Если же эту бутылку заполнить водой, то после выстрела бутылка разлетится на мелкие куски (даже если она не была закрыта). Объясните это явление.

Решение.

Это явление объясняется фундаментальными различиями в физических свойствах воздуха и воды, а именно их сжимаемостью и плотностью.

1. Выстрел в пустую бутылку.

Когда пуля попадает в пустую (наполненную воздухом) бутылку, она проходит через среду с очень низкой плотностью. Воздух легко сжимается, и пуля, пролетая сквозь него, практически не встречает сопротивления и не передает ему значительную часть своей кинетической энергии. Она просто проделывает два отверстия в тонких пластиковых стенках – входное и выходное – и продолжает свой полет. Давление воздуха внутри бутылки изменяется незначительно и не способно разрушить ее стенки.

2. Выстрел в бутылку с водой.

Ситуация кардинально меняется, когда бутылка наполнена водой. Вода, в отличие от воздуха, является практически несжимаемой жидкостью с гораздо большей плотностью. Когда высокоскоростная пуля входит в воду, она начинает очень быстро тормозить, передавая свою огромную кинетическую энергию окружающей жидкости. Этот процесс происходит за тысячные доли секунды и порождает мощную ударную волну, которая распространяется от траектории пули во все стороны со скоростью звука в воде (около 1500 м/с).

Это явление называется гидравлическим ударом. Давление, создаваемое этой ударной волной, достигает огромных значений и, согласно закону Паскаля, передается во все точки объема жидкости практически мгновенно. В результате на всю внутреннюю поверхность бутылки одновременно начинает действовать колоссальная сила, направленная изнутри наружу. Пластиковые стенки не способны выдержать такое резкое и мощное внутреннее давление, что приводит к их мгновенному разрушению – бутылка разлетается на мелкие куски. То, что бутылка может быть открыта, не влияет на результат, так как процесс настолько скоротечен, что давление не успевает скомпенсироваться через узкое горлышко.

Ответ: Ключевое различие заключается в сжимаемости среды внутри бутылки. Воздух легко сжимаем, и пуля проходит сквозь него, почти не передавая энергии. Вода же практически несжимаема, поэтому при попадании пули возникает явление гидравлического удара: создается мощная ударная волна, которая порождает огромное давление, действующее на все стенки изнутри и разрывающее бутылку на части.