Номер 1, страница 48 - гдз по физике 7 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Самостоятельные работы. СР-41. Вес воздуха. Атмосферное давление. Вариант 2 - номер 1, страница 48.

Условие.

1. Сосуд «наказанное любопытство» устроен так: в дне и с боков сосуда проделаны узкие отверстия. Если сосуд наполнить водой и закрыть пробкой, вода из сосуда через отверстия не выливается (рис. 71, а). Если открыть пробку, то вода потечёт из всех отверстий (рис. 71, б). Объясните причину.

Рис. 71

Решение.

Это явление объясняется взаимодействием атмосферного давления, давления воздуха внутри сосуда и гидростатического давления столба воды.

Рис. 71, а)

Когда сосуд наполнен водой и закрыт пробкой, на воду в отверстиях действуют силы давления. Снаружи на поверхность воды в каждом отверстии действует атмосферное давление $P_{атм}$. Изнутри на воду действует давление воздуха, запертого над водой ($P_{возд}$), и гидростатическое давление столба воды ($P_{гидр} = \rho g h$, где $\text{h}$ – глубина).

В момент закрытия сосуда давление воздуха внутри может быть равно атмосферному, но как только малейшая капля воды пытается вытечь, объем воздуха над водой увеличивается, а его давление $P_{возд}$ падает и становится меньше атмосферного. В результате устанавливается равновесие, при котором внешнее атмосферное давление уравновешивает или превышает суммарное давление изнутри:

$P_{атм} \ge P_{возд} + \rho g h$

Таким образом, сила внешнего атмосферного давления не дает воде выливаться. Этому также способствует сила поверхностного натяжения, которая удерживает воду в узких отверстиях.

Рис. 71, б)

Когда пробку открывают, поверхность воды в сосуде начинает сообщаться с атмосферой. Давление на поверхность воды внутри сосуда становится равным атмосферному давлению $P_{атм}$.

Теперь общее давление, выталкивающее воду из отверстия на глубине $\text{h}$, складывается из атмосферного давления и гидростатического давления: $P_{внутр} = P_{атм} + \rho g h$. Давление снаружи, препятствующее вытеканию, по-прежнему равно атмосферному, $P_{внешн} = P_{атм}$.

Поскольку давление внутри сосуда на уровне отверстия теперь больше, чем снаружи, на воду действует избыточное давление $\Delta P = P_{внутр} - P_{внешн} = \rho g h$, которое и выталкивает воду из всех отверстий.

Ответ: В закрытом сосуде вода не выливается, так как внешнее атмосферное давление уравновешивает сумму пониженного давления воздуха внутри сосуда и гидростатического давления воды. При открытии пробки давление на поверхность воды внутри сосуда становится равным атмосферному, и из-за дополнительного гидростатического давления вода начинает вытекать.