Номер 25.37, страница 90 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 25. Атмосферное давление. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 25.37, страница 90.

25.37 [Д. 103] Почему воздушный шарик с закрытым выпускным клапаном, поднявшись высоко в небо, может лопнуть?

Это явление объясняется изменением атмосферного давления с высотой и свойствами газов.

1. Атмосферное давление. Давление воздуха в атмосфере не одинаково и уменьшается по мере увеличения высоты. На поверхности Земли оно максимально, так как на нас давит весь столб воздуха, находящийся выше. Чем выше мы поднимаемся, тем короче и разреженнее становится этот столб воздуха, и, следовательно, давление падает.

2. Состояние шарика. Воздушный шарик — это эластичная оболочка, наполненная газом (например, гелием или воздухом). Давление газа внутри шарика ($P_{внутр}$) всегда больше внешнего атмосферного давления ($P_{внеш}$), так как оно уравновешивает не только внешнее давление, но и силу упругости растянутой резины ($P_{упр}$): $P_{внутр} = P_{внеш} + P_{упр}$.

3. Процесс при подъеме. Когда шарик поднимается в небо, внешнее атмосферное давление ($P_{внеш}$) на его оболочку падает. Согласно закону Бойля-Мариотта, для постоянного количества газа при неизменной температуре произведение давления на объем остается постоянным ($P \cdot V = \text{const}$). Поскольку внешнее давление уменьшилось, газ внутри шарика начинает расширяться, чтобы уменьшить свое внутреннее давление. Это приводит к увеличению объема шарика.

4. Результат. Оболочка шарика растягивается все сильнее, чтобы вместить увеличившийся объем газа. У любого материала есть предел упругости и прочности. Когда сила давления расширяющегося газа становится настолько большой, что растяжение оболочки превышает этот предел, материал не выдерживает и разрывается — шарик лопается.

Ответ: При подъеме на большую высоту внешнее атмосферное давление падает. Из-за разницы давлений снаружи и внутри газ в шарике расширяется, увеличивая его объем. Оболочка шарика не выдерживает сильного растяжения и лопается.