Номер 1, страница 58 - гдз по физике 7 класс контрольные и самостоятельные работы Громцева

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Самостоятельные работы. СР-27. Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля. Вариант № 2 - номер 1, страница 58.

Решение.

1. Почему мыльные пузыри имеют шарообразную форму?

Решение

Мыльные пузыри принимают шарообразную форму из-за фундаментального физического явления — поверхностного натяжения. Этот процесс можно объяснить несколькими ключевыми моментами.

Во-первых, молекулы в жидкости (в данном случае, в мыльном растворе) притягиваются друг к другу. Молекулы, находящиеся в глубине жидкости, испытывают равномерное притяжение со всех сторон. Однако молекулы на поверхности жидкости притягиваются только молекулами, расположенными под ними и сбоку от них. Это создает результирующую силу, направленную внутрь жидкости. Эта сила заставляет поверхность жидкости сокращаться, стремясь занять как можно меньшую площадь. Поверхность жидкости ведет себя подобно натянутой эластичной пленке.

Во-вторых, любая физическая система стремится к состоянию с минимальной потенциальной энергией. Для мыльного пузыря, который представляет собой тонкую пленку жидкости, заключающую в себе объем воздуха, поверхностная энергия прямо пропорциональна площади его поверхности. Таким образом, чтобы достичь наиболее стабильного, энергетически выгодного состояния, мыльная пленка должна минимизировать свою площадь.

В-третьих, с точки зрения геометрии, шар — это фигура, обладающая наименьшей площадью поверхности при заданном объеме. Когда мы выдуваем пузырь, мы заключаем в мыльную пленку определенный объем воздуха. Чтобы минимизировать свою поверхностную энергию, эта пленка принимает форму, которая имеет наименьшую возможную площадь для этого объема, то есть форму шара.

Силы поверхностного натяжения создают избыточное давление внутри пузыря, которое называется давлением Лапласа. Для сферического пузыря оно определяется по формуле: $ \Delta P = \frac{4\sigma}{r} $, где $ \sigma $ — коэффициент поверхностного натяжения, а $ r $ — радиус пузыря. Сферическая форма обеспечивает равномерное распределение этого давления по всей поверхности, что придает пузырю устойчивость.

Ответ: Мыльные пузыри имеют шарообразную форму, потому что силы поверхностного натяжения мыльной пленки стремятся сократить ее площадь до минимально возможной. Для заданного объема воздуха внутри пузыря наименьшую площадь поверхности имеет именно шар, что является наиболее энергетически выгодным и стабильным состоянием.