Номер 31.12, страница 117 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 31. Блоки. Глава 4. Работа и мощность. Простые механизмы. Энергия - номер 31.12, страница 117.

31.12 [767] На рисунке IV-35 показано одно из «чудес» древнеегипетских жрецов. Как только на жертвеннике загорался огонь, двери храма открывались. Объясните, на чём основано это «чудо». (В жертвеннике воздух. Жертвенник при помощи трубы соединён с кожаным мешком.)

Рис. IV-35

Решение

Данное «чудо» является одним из ранних примеров автоматического устройства, работа которого основана на физическом законе теплового расширения газов и принципах действия простых механизмов. Механизм, показанный на рисунке, работает следующим образом.

Жертвенник является полым и герметично соединен трубой со скрытым под полом резервуаром, частично заполненным водой. Когда на жертвеннике зажигают огонь, воздух внутри жертвенника и в соединительной трубе нагревается.

Согласно закону Шарля, давление газа в замкнутом объеме прямо пропорционально его абсолютной температуре ($p/T = \text{const}$). Следовательно, нагрев воздуха приводит к увеличению давления в герметичной системе «жертвенник-труба-резервуар».

Это повышенное давление воздуха начинает давить на поверхность воды в резервуаре. Под действием этого давления вода вытесняется из резервуара по другой трубке, которая ведет в подвешенное ведро.

Ведро с помощью системы веревок и блоков соединено с вертикальными осями, на которых вращаются храмовые двери. В начальном состоянии двери удерживаются закрытыми с помощью противовесов. По мере наполнения ведра водой его общий вес увеличивается.

Когда вес ведра с водой становится достаточным, чтобы преодолеть силу противовесов, ведро начинает опускаться. Опускаясь, оно натягивает веревки, которые поворачивают оси дверей, заставляя их плавно открываться.

Когда огонь на жертвеннике гаснет, воздух в системе остывает, и его давление падает (может стать даже ниже атмосферного). В результате вода из ведра под действием атмосферного давления (или сифонного эффекта) засасывается обратно в резервуар. Ведро становится легким, и противовесы перетягивают систему в исходное положение, закрывая двери.

Ответ: Работа механизма основана на явлении теплового расширения воздуха. При зажигании огня на жертвеннике воздух в герметичной системе нагревается, его давление увеличивается. Это давление вытесняет воду из скрытого резервуара в ведро. Ведро, становясь тяжелее, опускается и с помощью системы тросов и блоков открывает двери.