Номер 450, страница 62 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Вес воздуха. Атмосферное давление - номер 450, страница 62.

Условие.

450. Объясните, почему лопается лист клёна, если, прижав его обеими руками к губам слегка раскрытого рта, резко втянуть в себя воздух.

Решение.

Решение

Когда лист клёна прижат к губам, он становится перегородкой между двумя областями: воздухом в атмосфере и воздухом внутри рта. Изначально давление воздуха с обеих сторон листа одинаково и равно атмосферному давлению, $P_{атм}$.

При резком вдохе объём грудной клетки и, следовательно, ротовой полости, резко увеличивается. Согласно закону Бойля-Мариотта, для газа при постоянной температуре произведение давления на объём есть величина постоянная ($P \cdot V = const$). Это означает, что при увеличении объёма давление воздуха внутри рта ($P_{внутр}$) падает и становится значительно ниже атмосферного: $P_{внутр} < P_{атм}$.

В результате этого на лист начинает действовать сила, вызванная разностью давлений. Давление снаружи (атмосферное) оказывается больше, чем давление изнутри (во рту). Эта разность давлений $\Delta P = P_{атм} - P_{внутр}$ создаёт силу $\text{F}$, направленную внутрь рта и действующую на площадь листа $\text{S}$, перекрывающую отверстие рта. Величина этой силы определяется формулой $F = \Delta P \cdot S$.

Если созданная сила превышает предел прочности материала листа, лист разрывается. Процесс разрыва и последующее резкое выравнивание давлений (воздух устремляется в область пониженного давления) сопровождается звуком, который мы воспринимаем как хлопок.

Ответ: Лист клёна лопается из-за значительной разности давлений, возникающей между его внешней и внутренней поверхностями. При резком вдохе давление воздуха внутри рта сильно уменьшается, в то время как на внешнюю сторону листа продолжает действовать высокое атмосферное давление. Сила, создаваемая этой разностью давлений, разрывает лист.