Номер 3, страница 57 - гдз по физике 7 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Самостоятельные работы. СР-49. Плавание судов. Воздухоплавание. Вариант 1 - номер 3, страница 57.

Условие.

3. Почему воздушный шар, поднявшись высоко, может лопнуть?

Решение.

Воздушный шар, поднявшись высоко, может лопнуть из-за того, что с увеличением высоты значительно уменьшается давление окружающего воздуха (атмосферное давление).

Решение

Когда воздушный шар находится на земле, давление газа внутри него уравновешивается давлением наружного воздуха и силой упругости материала, из которого сделан шар. С набором высоты плотность атмосферы и, соответственно, внешнее атмосферное давление уменьшаются.

Согласно объединенному газовому закону (и, в частности, закону Бойля-Мариотта для изотермического процесса $P \cdot V = const$), при уменьшении внешнего давления газ внутри шара будет расширяться. Давление газа внутри шара уменьшается, а его объем увеличивается, чтобы сохранить равновесие с окружающей средой.

Это расширение приводит к тому, что оболочка шара растягивается. Материал шара (например, латекс) имеет предел упругости и прочности. Когда шар поднимается на достаточную высоту, внешнее давление становится настолько низким, что газ внутри расширяется до объема, при котором растяжение оболочки превышает ее предел прочности. В этот момент материал не выдерживает напряжения и шар лопается.

Ответ: Воздушный шар лопается на большой высоте, потому что по мере подъема внешнее атмосферное давление падает. Из-за этого газ внутри шара расширяется, увеличивая его объем. В итоге оболочка шара растягивается сверх предела своей прочности и разрывается.