Номер 21.16, страница 74 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 21. Давление газов. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 21.16, страница 74.

21.16 [476] Почему мяч, вынесенный из комнаты на улицу зимой, «сдувается»?

Явление «сдувания» мяча на морозе объясняется законами термодинамики, в частности, поведением газов при изменении температуры. Воздух внутри мяча, как и любой газ, состоит из молекул, которые находятся в непрерывном хаотическом движении и создают давление на стенки мяча своими ударами.

Когда мяч переносят из теплой комнаты на холодную улицу, воздух внутри него остывает. Согласно молекулярно-кинетической теории, понижение температуры газа означает уменьшение средней кинетической энергии его молекул. Молекулы начинают двигаться медленнее, в результате чего они реже и с меньшей силой ударяются о внутренние стенки мяча. Это приводит к уменьшению давления воздуха внутри мяча.

Внешнее атмосферное давление при этом остается практически неизменным и становится больше внутреннего давления. Под действием этой разницы давлений мяч сжимается, его объем уменьшается, что мы и воспринимаем как «сдувание».

Этот процесс можно описать с помощью объединенного газового закона для идеального газа, который связывает давление ($P$), объем ($V$) и абсолютную температуру ($T$) газа: $\frac{P \cdot V}{T} = \text{const}$. Если обозначить параметры в комнате индексом 1, а на улице – индексом 2, то справедливо соотношение:

$\frac{P_1 V_1}{T_1} = \frac{P_2 V_2}{T_2}$

Поскольку температура на улице ниже ($T_2 < T_1$), произведение давления на объем также должно уменьшиться ($P_2 V_2 < P_1 V_1$). Это и происходит за счет уменьшения как давления, так и объема мяча.

Ответ: Мяч «сдувается», потому что при охлаждении на улице воздух внутри него сжимается. Понижение температуры приводит к уменьшению скорости движения молекул воздуха, из-за чего падает давление внутри мяча. Внешнее атмосферное давление, которое становится больше внутреннего, сжимает мяч и уменьшает его объем.