Номер 2, страница 27 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. ТЗ-14. Сообщающиеся сосуды - номер 2, страница 27.

Условие.

2. В дне лодки имеется щель. Почему лодку зальёт водой, если спустить её на воду? Имеет ли значение, где находится щель, — на дне лодки или выше дна? В каком случае труднее закрыть щель от проникновения воды?

Решение.

Решение

Почему лодку зальёт водой, если спустить её на воду?
Когда лодку спускают на воду, на её подводную часть начинает действовать гидростатическое давление воды. Это давление создаётся весом столба воды и увеличивается с глубиной. Если в лодке есть щель, расположенная ниже уровня воды, то давление воды снаружи в этой точке будет больше, чем давление воздуха внутри лодки. Из-за этой разницы давлений возникает сила, которая выталкивает воду внутрь лодки. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока уровни воды внутри и снаружи не сравняются, что приведёт к затоплению лодки. Это явление также можно объяснить законом сообщающихся сосудов.

Ответ: Лодку зальёт водой из-за гидростатического давления, которое вода оказывает на корпус лодки. Давление снаружи на глубине щели больше, чем давление воздуха внутри, поэтому вода устремляется внутрь.

Имеет ли значение, где находится щель, — на дне лодки или выше дна?
Да, местоположение щели имеет принципиальное значение. Во-первых, если щель находится выше уровня воды (ватерлинии), то вода в лодку поступать не будет. Во-вторых, если щель находится под водой, то её глубина напрямую влияет на скорость поступления воды. Гидростатическое давление рассчитывается по формуле $p = \rho g h$, где $\text{h}$ — глубина. Чем глубже расположена щель (например, на самом дне), тем больше значение $\text{h}$, тем выше давление $\text{p}$, и тем быстрее вода будет заполнять лодку.

Ответ: Да, имеет. Если щель выше уровня воды, лодка не будет затоплена. Если щель под водой, то чем она глубже, тем выше давление и тем быстрее вода проникает внутрь.

В каком случае труднее закрыть щель от проникновения воды?
Трудность закрытия щели зависит от силы, с которой вода давит на неё извне. Эта сила $\text{F}$ пропорциональна давлению $\text{p}$ и площади щели $\text{S}$: $F = p \cdot S$. Поскольку давление $\text{p}$ растёт с глубиной ($p = \rho g h$), сила, которую необходимо преодолеть для закрытия щели, также будет больше на большей глубине. Следовательно, труднее всего будет закрыть щель, расположенную в самой глубокой точке подводной части лодки, то есть на дне.

Ответ: Труднее закрыть щель, которая находится глубже всего, то есть на дне лодки, так как в этом месте гидростатическое давление воды и, соответственно, сила давления максимальны.