Номер 21.7, страница 73 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 21. Давление газов. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 21.7, страница 73.

21.7 [467] Почему при накачивании воздуха в шину велосипеда с каждым разом становится всё труднее двигать ручку насоса?

Решение

При накачивании воздуха в шину велосипеда с каждым разом двигать ручку насоса становится всё труднее из-за увеличения давления воздуха внутри шины. Этот процесс можно объяснить следующим образом:

1. Насос работает по принципу сжатия воздуха и перемещения его из области с меньшим давлением (атмосфера) в область с большим давлением (шина).

2. Когда шина пуста или слабо накачана, давление в ней невелико. Чтобы закачать первую порцию воздуха, достаточно приложить небольшое усилие к ручке насоса, чтобы сжать воздух в его цилиндре до давления, незначительно превышающего давление в шине.

3. С каждой новой порцией воздуха, попадающей в замкнутый объем шины, концентрация молекул газа в ней увеличивается. Это приводит к росту числа ударов молекул о внутренние стенки шины, что, в свою очередь, увеличивает давление $P_{шины}$ внутри нее.

4. Чтобы следующая порция воздуха перешла из насоса в шину, давление в цилиндре насоса $P_{насоса}$ должно стать больше, чем уже возросшее давление в шине $P_{шины}$.

5. Сила $F$, которую необходимо приложить к ручке насоса, прямо пропорциональна давлению, которое нужно создать для преодоления давления в шине: $F \approx P_{шины} \cdot S$, где $S$ — площадь поршня насоса. Поскольку давление в шине $P_{шины}$ постоянно растет, то для каждого последующего качка требуется прикладывать все большую и большую силу $F$.

Таким образом, человек, накачивающий шину, совершает работу против силы давления воздуха в шине. Чем выше это давление, тем больше работа и тем большее усилие требуется.

Ответ: Двигать ручку насоса становится труднее, потому что с каждой порцией закачанного воздуха давление в шине увеличивается. Чтобы протолкнуть в шину следующую порцию воздуха, необходимо совершить работу против этого возрастающего давления, то есть приложить большую силу для сжатия воздуха в насосе до давления, превышающего давление в шине.