Номер 363, 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 363, страница 52.

Условие.

363. Почему сплющенный мяч или велосипедная шина с воздухом быстро принимают свою прежнюю форму, если на них перестают действовать деформирующие силы?

Решение.

Решение

Сплющенный мяч или велосипедная шина быстро восстанавливают свою форму благодаря двум основным факторам: давлению воздуха внутри и упругости материала оболочки.

Основную роль играет сжатый воздух, которым наполнены мяч и шина. Воздух состоит из огромного числа молекул, которые находятся в непрерывном хаотическом движении и сталкиваются друг с другом и со стенками оболочки. Эти многочисленные удары создают давление на внутреннюю поверхность. Согласно закону Паскаля, это давление передается одинаково во все точки и действует перпендикулярно стенкам, стремясь придать объекту форму с максимальным объемом (например, сферическую для мяча).

Когда на мяч или шину действует внешняя деформирующая сила (например, удар по мячу или вес велосипедиста на шину), их форма изменяется, а внутренний объем уменьшается. При уменьшении объема концентрация молекул воздуха возрастает. Это приводит к тому, что молекулы чаще ударяются о внутренние стенки. В результате давление воздуха внутри увеличивается. Для газа при постоянной температуре связь между давлением $\text{p}$ и объемом $\text{V}$ описывается законом Бойля-Мариотта: $p \cdot V = const$. Следовательно, уменьшение объема $\text{V}$ ведет к увеличению давления $\text{p}$.

Это возросшее внутреннее давление создает избыточную силу, которая действует изнутри наружу и противодействует деформации. Как только внешняя деформирующая сила прекращает действовать, эта внутренняя сила, обусловленная давлением газа, начинает выталкивать стенки оболочки обратно. Процесс происходит очень быстро, так как силы давления газа велики, а молекулы воздуха движутся с большими скоростями.

Кроме того, материал, из которого сделаны мяч и шина (например, резина), сам по себе является упругим. При деформации в материале возникают силы упругости, которые также стремятся вернуть тело в исходное состояние. Однако в случае накачанных воздухом объектов вклад сил упругости материала обычно значительно меньше вклада сил давления воздуха.

Таким образом, именно совокупное действие увеличенного давления воздуха и сил упругости материала заставляет сплющенный мяч или шину быстро вернуться к своей первоначальной форме после снятия внешней нагрузки.

Ответ: Сплющенный мяч или шина быстро восстанавливают свою форму, потому что при деформации уменьшается их внутренний объем, что приводит к увеличению давления находящегося внутри воздуха. Возникшая избыточная сила давления, действующая изнутри, а также сила упругости материала оболочки, выталкивают стенки обратно, как только внешняя деформирующая сила перестает действовать.