Номер 412, страница 58 - 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 412, страница 58.

Условие.

► 412. Под колоколом воздушного насоса находится сосуд, закупоренный пробкой. Почему при интенсивном выкачивании воздуха из-под колокола пробка может вылететь (рис. 56)?

Рис. 56

Решение.

Решение

В начальный момент времени, когда закупоренный сосуд находится под колоколом, давление воздуха внутри сосуда равно давлению воздуха под колоколом (атмосферному давлению). Силы, действующие на пробку изнутри и снаружи из-за давления воздуха, скомпенсированы, и пробка удерживается в горлышке силой трения.

Когда из-под колокола начинают откачивать воздух, давление снаружи сосуда ($p_{внешн}$) уменьшается. Давление воздуха внутри сосуда ($p_{внутр}$) остается неизменным, так как сосуд герметично закрыт. Возникает разность давлений $\Delta p = p_{внутр} - p_{внешн}$.

Эта разность давлений создает выталкивающую силу $\text{F}$, которая действует на пробку изнутри наружу. Величина этой силы равна произведению разности давлений на площадь поперечного сечения пробки $\text{S}$:

$F = \Delta p \cdot S = (p_{внутр} - p_{внешн}) \cdot S$

По мере откачивания воздуха внешнее давление $p_{внешн}$ падает, разность давлений $\Delta p$ растет, и, соответственно, увеличивается выталкивающая сила $\text{F}$. В тот момент, когда эта сила превысит максимальную силу трения покоя, удерживающую пробку в горлышке, пробка вылетит из сосуда.

Ответ: При откачивании воздуха из-под колокола давление снаружи сосуда становится значительно меньше, чем давление воздуха внутри него. Возникающая разность давлений создает выталкивающую силу, которая, преодолев силу трения, выталкивает пробку.