Номер 362, страница 52 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Давление в жидкости и газе. Закон Паскаля - номер 362, страница 52.

Условие.

362. Объясните, почему воздушные шары и мыльные пузыри имеют круглую форму.

Решение.

Решение

Воздушные шары и мыльные пузыри принимают сферическую (круглую) форму из-за действия физических законов, которые заставляют систему стремиться к состоянию с минимальной потенциальной энергией. Хотя физические причины в обоих случаях немного различаются, основной принцип, приводящий к сферической форме, является общим.

Мыльные пузыри
Форма мыльного пузыря определяется силами поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение — это свойство жидкости, которое заставляет её поверхность сокращаться до минимально возможной площади. Мыльная пленка, состоящая из воды и мыла, стремится минимизировать свою поверхностную энергию, что достигается за счет уменьшения площади поверхности. Из всех геометрических тел при заданном объеме ($\text{V}$) наименьшую площадь поверхности ($\text{S}$) имеет именно шар (сфера). Таким образом, силы поверхностного натяжения равномерно "сжимают" мыльную пленку со всех сторон, придавая ей сферическую форму.

Воздушные шары
В случае воздушного шара главную роль играют давление газа внутри и упругие свойства материала оболочки. Газ, которым надувают шар, создает давление, которое, согласно закону Паскаля, действует равномерно во все стороны и перпендикулярно стенкам шара. Это давление растягивает упругую резиновую оболочку. Оболочка, в свою очередь, стремится сжаться под действием сил упругости. Система приходит в равновесие, когда давление газа уравновешивается силами упругости растянутой резины. Как и в случае с мыльным пузырем, для заданного объема газа сферическая форма обеспечивает наименьшую площадь поверхности. Это означает, что для достижения такой формы требуется минимальное и наиболее равномерное растяжение материала, что соответствует состоянию с наименьшей потенциальной энергией упругой деформации.

Таким образом, в обоих случаях газ внутри создает избыточное давление, которое распирает оболочку, а силы (поверхностного натяжения для пузыря или упругости для шара) стремятся сжать эту оболочку, придавая ей форму с минимальной площадью поверхности для данного объема — то есть форму шара.

Ответ: Воздушные шары и мыльные пузыри имеют круглую (сферическую) форму, потому что силы поверхностного натяжения (для мыльных пузырей) и силы упругости (для воздушных шаров) стремятся минимизировать площадь их поверхности при заданном объеме газа внутри. Сфера является геометрической фигурой, обладающей наименьшей площадью поверхности при заданном объеме, что соответствует состоянию с минимальной потенциальной энергией.