Номер 2, страница 169 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 5. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Параграф 46. Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли. Проводим опыты - номер 2, страница 169.

Условие.

Решение.

Это явление объясняется действием атмосферного давления. Когда мы переворачиваем стакан с водой, накрытый листом бумаги, на этот лист начинают действовать силы с двух сторон: изнутри стакана и снаружи.

Сверху (изнутри перевернутого стакана) на лист давит столб воды. Сила этого давления $F_{вниз}$ направлена вниз. Она равна произведению гидростатического давления воды $p_{воды}$ на площадь отверстия стакана $\text{S}$. Гидростатическое давление рассчитывается по формуле: $p_{воды} = \rho \cdot g \cdot h$, где $\rho$ – плотность воды, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, а $\text{h}$ – высота столба воды. Таким образом, $F_{вниз} = \rho \cdot g \cdot h \cdot S$. Также вниз действует сила тяжести самого листа бумаги, но она очень мала, и ею можно пренебречь.

Снизу на лист бумаги действует давление окружающего воздуха – атмосферное давление $p_{атм}$. Сила этого давления $F_{вверх}$ направлена вверх и равна $F_{вверх} = p_{атм} \cdot S$.

Вода не выливается, потому что сила атмосферного давления, действующая на лист снизу, значительно больше силы давления столба воды сверху. Сравним величины давлений. Нормальное атмосферное давление составляет около $101325 \text{ Па}$. Давление, создаваемое столбом воды высотой $h=15 \text{ см}$ ($0.15 \text{ м}$), равно $p_{воды} = 1000 \text{ кг/м}^3 \cdot 9.8 \text{ м/с}^2 \cdot 0.15 \text{ м} \approx 1470 \text{ Па}$. Очевидно, что $p_{атм} \gg p_{воды}$.

Кроме того, важную роль играют силы поверхностного натяжения воды. Они действуют по периметру соприкосновения воды с краем стакана и бумагой, создавая герметичное уплотнение. Это уплотнение не позволяет воздуху проникнуть внутрь стакана и нарушить разницу давлений.

Таким образом, внешнее атмосферное давление "прижимает" лист бумаги к стакану с силой, достаточной для удержания веса воды внутри него.

Ответ: Вода из стакана не выливается, потому что сила давления атмосферного воздуха, действующая на лист бумаги снаружи (снизу), значительно превышает суммарную силу давления столба воды и веса бумаги, действующую изнутри (сверху). Силы поверхностного натяжения воды по краям стакана помогают поддерживать герметичность.