Проводим опыты, страница 145 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 5. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Параграф 39. Давление газа. Вопросы - страница 145.

Условие.

Решение.

О каких свойствах газа и оболочки шарика свидетельствует его форма?

Форма надутого воздушного шарика, близкая к сферической, является результатом взаимодействия двух основных факторов: давления газа изнутри и упругости оболочки.
Свойство газа: Газы не имеют собственной формы и занимают весь предоставленный им объем. Молекулы газа находятся в непрерывном хаотическом движении и, сталкиваясь со стенками сосуда (в данном случае, оболочки шарика), создают давление. Важнейшим свойством газа в этом контексте является то, что это давление передается одинаково во всех направлениях (согласно закону Паскаля). Именно это равномерное давление изнутри и стремится придать шарику форму сферы.
Свойство оболочки: Оболочка шарика сделана из эластичного (упругого) материала, например, латекса. Эластичность — это способность материала растягиваться под действием силы и возвращаться в исходное состояние после снятия нагрузки. Оболочка, растягиваясь, создает силу упругости, направленную внутрь и уравновешивающую давление газа. Сферическая форма является энергетически наиболее выгодной, так как сфера имеет наименьшую площадь поверхности при заданном объеме. Это минимизирует энергию упругой деформации, запасенную в растянутой оболочке, при условии, что материал оболочки однороден.

Ответ: Форма шарика свидетельствует о том, что газ внутри него производит одинаковое давление по всем направлениям, а оболочка шарика обладает свойством упругости (эластичности).

Почему при определённом направлении струи воздуха мы заставляем шарик раздуваться сразу по всем направлениям?

Несмотря на то, что воздух вдувается в шарик направленной струей, его расширение происходит равномерно во все стороны. Это объясняется фундаментальными свойствами газов. Молекулы газа, попадающие внутрь шарика, не продолжают двигаться в одном направлении. Они тут же начинают хаотически двигаться и сталкиваться с молекулами газа, уже находящимися внутри, а также со стенками шарика. В результате этого броуновского движения они очень быстро и равномерно распределяются по всему объему.
Согласно закону Паскаля, давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Когда мы вдуваем новую порцию воздуха, мы увеличиваем количество молекул газа внутри шарика. Это приводит к увеличению частоты их столкновений со стенками, то есть к росту давления. Это возросшее давление равномерно распределяется по всему объему и действует перпендикулярно на каждый участок внутренней поверхности оболочки. В результате оболочка растягивается одновременно и равномерно во всех направлениях (при условии ее однородности).

Ответ: Это происходит из-за хаотического движения молекул газа и закона Паскаля. Попадая внутрь, молекулы воздуха быстро и равномерно распределяются по всему объему, а создаваемое ими избыточное давление передается одинаково во все точки, заставляя шарик расширяться во всех направлениях одновременно.

Почему не все воздушные шарики принимают сферическую форму?

Идеальную сферическую форму воздушный шарик принимает только в том случае, если его оболочка абсолютно однородна по толщине и упругим свойствам. В реальности это условие часто не выполняется по нескольким причинам:
1. Неоднородность материала: В процессе производства в материале оболочки могут возникать утолщения или, наоборот, более тонкие участки. Более тонкие или более эластичные участки будут растягиваться сильнее под действием внутреннего давления, что приведет к искажению сферической формы.
2. Заданная форма: Многие шарики (фигурные, длинные шарики для моделирования) изначально имеют несферическую форму. Их оболочка специально изготовлена с разной толщиной или из материалов с разной упругостью в разных местах, чтобы при надувании они принимали заданную сложную форму (сердца, животного, цветка и т.д.).
3. Влияние горловины: Место, через которое надувают шарик (горловина), обычно более толстое и менее эластичное. Эта неоднородность вносит свой вклад в отклонение от идеальной сферы, часто делая шарик у основания более вытянутым или грушевидным.
Таким образом, конечная форма шарика — это всегда результат равновесия между силами внутреннего давления газа, стремящимися придать ему сферическую форму, и силами упругости оболочки, которые могут быть разными в разных ее частях.

Ответ: Шарики принимают несферическую форму из-за неоднородности материала оболочки (разная толщина или упругость), а также из-за того, что их начальная форма и структура специально создаются такими, чтобы при надувании получилась определенная фигура, отличная от сферы.