Номер 3, страница 43 - гдз по физике 7 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Самостоятельные работы. СР-37. Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля. Вариант 2 - номер 3, страница 43.

Условие.

3. Почему при накачивании воздуха в шину велосипеда с каждым разом становится всё труднее двигать ручку насоса?

Решение.

Процесс накачивания шины велосипеда основан на перемещении воздуха из области с более высоким давлением в область с более низким давлением. Когда мы двигаем ручку насоса, мы сжимаем воздух в его цилиндре, тем самым повышая его давление.

В самом начале, когда шина почти пуста, давление воздуха внутри нее ($p_{шины}$) невелико. Чтобы первая порция воздуха из насоса попала в шину, необходимо создать в насосе давление ($p_{насоса}$), которое будет лишь немного превышать давление в шине. То есть, должно выполняться условие $p_{насоса} > p_{шины}$.

С каждым движением поршня в шину закачивается новая порция воздуха. Поскольку объем шины практически не меняется, добавление новых молекул воздуха приводит к увеличению их концентрации. Молекулы начинают чаще и с большей силой ударяться о внутренние стенки шины, что приводит к увеличению давления внутри неё.

Таким образом, после каждого качка давление $p_{шины}$ возрастает. Чтобы закачать следующую порцию воздуха, нам нужно создать в насосе еще большее давление $p_{насоса}$, чтобы оно снова превысило возросшее давление в шине. Сила $\text{F}$, которую необходимо приложить к поршню насоса, прямо пропорциональна давлению, которое нужно создать, и площади поршня $\text{A}$: $F = (p_{насоса} - p_{атм}) \cdot A$, где $p_{атм}$ — атмосферное давление. Поскольку требуемое давление $p_{насоса}$ с каждым разом растёт, то и сила $\text{F}$, необходимая для движения ручки, также увеличивается.

В итоге, чем сильнее накачана шина, тем выше в ней давление и тем большее усилие приходится прикладывать, чтобы преодолеть это давление и закачать внутрь новую порцию воздуха.

Ответ: При накачивании шины давление воздуха внутри нее постоянно увеличивается. Чтобы новая порция воздуха попала из насоса в шину, давление в насосе должно превысить давление в шине. Чем выше давление в шине, тем до большего значения нужно сжимать воздух в насосе, и, следовательно, тем большую силу необходимо прикладывать к его ручке.