Номер 8, страница 164 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 5. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Параграф 45. Атмосфера и атмосферное давление. Вопросы - номер 8, страница 164.

Условие.

8. На рисунке 5.46 изображён ливер — инструмент, служащий для взятия проб различных жидкостей. Ливер опускают в жидкость, затем закрывают пальцем верхнее отверстие и вынимают из жидкости. Когда верхнее отверстие открывают, жидкость из ливера вытекает. Объясните действие этого прибора.

Рис. 5.46

Решение.

Действие ливера (пипетки) основано на взаимодействии силы тяжести и атмосферного давления.

1. Когда ливер с открытым верхним отверстием опускают в жидкость, она заходит внутрь трубки под действием атмосферного давления. Уровень жидкости внутри и снаружи выравнивается, так как давление на поверхность жидкости внутри и снаружи одинаково и равно атмосферному.

2. После того как верхнее отверстие закрывают пальцем и ливер вынимают из сосуда, жидкость остается внутри трубки. Это происходит потому, что на жидкость в трубке действуют три основные силы: сила тяжести, направленная вниз, сила давления со стороны запертого сверху воздуха, также направленная вниз, и сила атмосферного давления, действующая на нижнюю поверхность столба жидкости и направленная вверх.

При извлечении ливера из сосуда столб жидкости под действием силы тяжести стремится опуститься. Это приводит к увеличению объема воздуха, запертого над жидкостью. Согласно закону Бойля-Мариотта, при увеличении объема газа его давление уменьшается. Таким образом, давление воздуха внутри ливера $P_{вн}$ становится меньше атмосферного давления $P_{атм}$.

Столб жидкости удерживается в равновесии, так как сила, создаваемая атмосферным давлением снизу ($F_{атм} = P_{атм} \cdot S$), уравновешивает сумму силы тяжести столба жидкости ($F_{тяж} = m \cdot g = \rho \cdot h \cdot S \cdot g$) и силы давления запертого воздуха сверху ($F_{вн} = P_{вн} \cdot S$), где $\text{S}$ – площадь поперечного сечения трубки, $\text{h}$ – высота столба жидкости, $\rho$ – плотность жидкости. Равновесие наступает, когда $P_{атм} \approx P_{вн} + \rho g h$. Поскольку атмосферное давление велико, оно способно удержать столб жидкости значительной высоты.

3. Когда палец убирают с верхнего отверстия, воздух свободно входит в трубку сверху. Давление над столбом жидкости становится равным атмосферному. Теперь атмосферное давление действует на жидкость и сверху, и снизу, поэтому его действие скомпенсировано. Единственной силой, вызывающей движение, остается сила тяжести, под действием которой жидкость свободно вытекает из ливера.

Ответ: Действие прибора основано на использовании атмосферного давления. Когда верхнее отверстие закрыто, внешнее атмосферное давление, действующее на нижнюю поверхность жидкости, оказывается больше, чем суммарное давление столба жидкости и разреженного воздуха внутри трубки, что удерживает жидкость от вытекания. При открывании верхнего отверстия давление над жидкостью становится равным атмосферному, и жидкость вытекает под действием силы тяжести.