Номер 489, страница 66 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Вес воздуха. Атмосферное давление - номер 489, страница 66.

Условие.

► 489. Положите на стол линейку длиной 50—70 см так, чтобы её конец свешивался. На линейку положите полностью развёрнутую газету (рис. 76). При резком ударе по концу линейки молотком линейка ломается, причём противоположный конец с газетой почти не поднимается. Как объяснить наблюдаемое явление?

Рис. 76

Решение.

Решение

Наблюдаемое явление объясняется действием силы атмосферного давления на большую поверхность развернутой газеты.

1. Окружающий нас воздух имеет вес и оказывает давление на все находящиеся в нем тела. Это давление называется атмосферным. На уровне моря его значение составляет примерно 101 325 Паскалей (Ньютонов на квадратный метр), что для упрощения расчетов можно принять за $10^5 \text{ Па}$ или $10^5 \text{ Н/м}^2$.

2. Когда на лежащую на столе линейку кладут развернутую газету, на всю поверхность газеты сверху начинает действовать сила давления атмосферы. Величина этой силы определяется формулой $F = P \times S$, где $\text{P}$ – атмосферное давление, а $\text{S}$ – площадь поверхности, на которую оно действует.

3. Газета имеет большую площадь. Например, площадь одного газетного разворота может составлять около $0.5 \text{ м}^2$. Рассчитаем силу, с которой атмосфера давит на такую газету:$F = 10^5 \text{ Н/м}^2 \times 0.5 \text{ м}^2 = 50 000 \text{ Н}$.Эта сила эквивалентна весу груза массой около 5 тонн. В обычном состоянии эта сила уравновешена силой давления воздуха, действующей на газету снизу, поэтому газета не прижимается к столу.

4. При резком ударе молотком по свободному концу линейки ее другой конец (под газетой) пытается очень быстро подняться. Чтобы газета поднялась, под нее должен успеть зайти воздух, который выровняет давление снизу и сверху.

5. Поскольку удар резкий и движение происходит очень быстро, воздух не успевает проникнуть в пространство между газетой и столом. Под газетой на мгновение образуется область пониженного давления (разрежение). В результате равновесие сил нарушается: огромная сила атмосферного давления сверху оказывается нескомпенсированной, и она прижимает газету (и находящуюся под ней линейку) к столу.

6. Эта сила надежно удерживает один конец линейки на столе, не давая ему подняться. Край стола становится точкой опоры. Сила удара, приложенная к другому концу, создает значительный изгибающий момент, который превышает предел прочности линейки, в результате чего она ломается.

Если же поднимать линейку медленно, воздух будет успевать заходить под газету, давление снизу и сверху будет одинаковым, и газета легко поднимется вместе с линейкой.

Ответ: Линейка ломается из-за действия силы атмосферного давления на большую площадь газеты. При резком ударе по одному концу линейки, ее другой конец под газетой не успевает подняться, так как воздух не успевает зайти под газету, чтобы скомпенсировать давление сверху. В результате огромная сила атмосферного давления прижимает эту часть линейки к столу, и от резкого удара линейка ломается о край стола, как о неподвижную опору.