Вариант 2, страница 83 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-7. Давление жидкостей и газов - страница 83.

Условие.

Вариант 3

1. Если стрелять в пустой стакан, то пуля пробьёт только два отверстия. При попадании пули в стакан, наполненный водой, он разбивается на мелкие части. Почему?

2. Какое давление должен иметь пожарный насос, чтобы подавать воду на высоту 80 м?

Решение.

1. Это явление объясняется фундаментальными физическими свойствами воды, в частности, её очень низкой сжимаемостью, и законом Паскаля.

Когда пуля попадает в пустой стакан, она взаимодействует только с тонкими стенками стекла. Высокая кинетическая энергия пули концентрируется на очень маленькой площади, что приводит к локальному разрушению материала. В результате пуля проделывает в стекле два небольших отверстия (входное и выходное), не оказывая существенного влияния на остальную часть стакана.

Когда стакан наполнен водой, ситуация кардинально меняется. Вода, в отличие от воздуха, является практически несжимаемой жидкостью. При вхождении в воду на высокой скорости пуля мгновенно передаёт ей огромный импульс. Поскольку вода не может сжаться и не успевает "уступить дорогу", возникает явление, известное как гидравлический удар. Это мощнейшая ударная волна, которая распространяется от пули во все стороны со скоростью звука в воде. Согласно закону Паскаля, давление, созданное этой волной, передаётся в любую точку жидкости без ослабления. Таким образом, на всю внутреннюю поверхность стакана практически одновременно начинает действовать огромное давление. Стекло, будучи хрупким материалом, не способно выдержать такой мощный и равномерно распределенный внутренний напор и разрушается, разлетаясь на мелкие осколки.

Ответ: Стакан с водой разбивается на мелкие части, потому что вода, будучи практически несжимаемой, преобразует локальный удар пули в мощную ударную волну (гидравлический удар), которая, согласно закону Паскаля, передает огромное давление одновременно на всю внутреннюю поверхность стакана, разрушая его.

2. Дано:

Высота подъема воды, $h = 80 \text{ м}$
Плотность воды, $\rho = 1000 \text{ кг/м}^3$
Ускорение свободного падения, $g \approx 10 \text{ Н/кг}$
Все данные представлены в системе СИ.

Найти:

Давление насоса, $\text{P}$

Найти:

Для того чтобы подать воду на высоту $\text{h}$, насос должен создать у своего выходного отверстия избыточное давление, которое способно уравновесить гидростатическое давление столба воды высотой $\text{h}$. Гидростатическое давление рассчитывается по формуле:
$P = \rho g h$
где $\rho$ — плотность воды, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{h}$ — высота столба воды.
Подставим данные значения в формулу для расчета давления:
$P = 1000 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3} \cdot 10 \frac{\text{Н}}{\text{кг}} \cdot 80 \text{ м} = 800000 \text{ Па}$
Полученное значение можно для удобства перевести в килопаскали (кПа), зная, что $1 \text{ кПа} = 1000 \text{ Па}$:
$800000 \text{ Па} = 800 \text{ кПа}$

Ответ: Пожарный насос должен иметь давление не менее $800000 \text{ Па}$ (или $800 \text{ кПа}$).