Номер 3, страница 42 - гдз по физике 7 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Самостоятельные работы. СР-36. Давление газа. Вариант 2 - номер 3, страница 42.

Условие.

3. Почему при нагревании шарика для настольного тенниса удается имеющаяся на нём вмятина?

Решение.

Решение

Шарик для настольного тенниса является тонкостенной полой сферой, внутри которой находится воздух. Когда на шарике образуется вмятина, это локальное изменение его формы.

Процесс исчезновения вмятины при нагревании можно объяснить двумя основными физическими явлениями:

1. Повышение давления воздуха внутри шарика. Согласно молекулярно-кинетической теории, при нагревании средняя кинетическая энергия молекул газа увеличивается, что приводит к увеличению частоты и силы их ударов о внутренние стенки шарика. Это вызывает рост давления газа. Связь между давлением $\text{P}$ и температурой $\text{T}$ газа в замкнутом объеме $\text{V}$ описывается уравнением состояния идеального газа (уравнением Клапейрона-Менделеева):

$PV = \nu RT$

Из этой формулы следует, что при постоянном объеме ($V = const$) и неизменном количестве газа ($\nu = const$) давление ($\text{P}$) прямо пропорционально абсолютной температуре ($\text{T}$). Таким образом, нагрев шарика приводит к значительному увеличению давления воздуха внутри него.

2. Размягчение материала стенок. Шарики для настольного тенниса изготавливаются из термопластичных материалов (например, целлулоида или пластика), которые при повышении температуры становятся более мягкими, пластичными и податливыми к деформации.

Совмещение этих двух эффектов приводит к тому, что возросшее внутреннее давление воздуха начинает действовать на размягченные стенки шарика. Сила этого давления, направленная изнутри наружу, становится достаточной, чтобы вытолкнуть вмятину и вернуть шарику его первоначальную сферическую форму, которая является наиболее энергетически выгодной для оболочки под действием внутреннего давления.

Ответ:

При нагревании шарика воздух внутри него расширяется, и его давление на стенки шарика увеличивается. Одновременно материал, из которого сделан шарик, размягчается. В результате возросшее внутреннее давление выправляет вмятину на размягченной поверхности, восстанавливая исходную сферическую форму шарика.