Номер 491, страница 67 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Вес воздуха. Атмосферное давление - номер 491, страница 67.

Условие.

► 491. Налейте в чайное блюдце воду. Возьмите кусок бумаги, сомните его и положите на середину поверхности воды. Подожгите бумагу и, когда она хорошо разгорится, накройте её чайным стаканом. Объясните наблюдаемое явление.

Решение.

Решение

При выполнении описанного опыта можно наблюдать следующее явление: после того как горящую бумагу накрывают стаканом, огонь гаснет, и вода из блюдца начинает заходить под стакан. Уровень воды внутри стакана поднимается и становится выше уровня воды в блюдце.

Это явление объясняется законами физики, связанными с изменением давления газа при изменении температуры.

1. Нагревание воздуха. Когда бумага горит, она выделяет большое количество тепла. Воздух, находящийся под стаканом, нагревается. Согласно газовым законам, при нагревании газ расширяется. Часть этого расширившегося воздуха может выйти из-под края стакана, пока он не установился плотно на блюдце.

2. Прекращение горения. Горение — это химическая реакция, для которой необходим кислород. В замкнутом пространстве стакана кислород быстро расходуется, и пламя гаснет.

3. Охлаждение воздуха и падение давления. После того как пламя погасло, воздух внутри стакана начинает остывать. При охлаждении газа его давление уменьшается. В результате давление воздуха внутри стакана ($P_{внутр}$) становится значительно ниже, чем давление окружающего воздуха, то есть атмосферное давление ($P_{атм}$), которое действует на поверхность воды в блюдце.

4. Подъём воды. Из-за разницы давлений ($P_{атм} > P_{внутр}$) внешнее атмосферное давление оказывает силу на поверхность воды в блюдце и "вталкивает" ее в область с более низким давлением, то есть внутрь стакана. Вода будет подниматься до тех пор, пока внешнее атмосферное давление не уравновесится суммой давления оставшегося воздуха в стакане и гидростатического давления столба воды, поднявшейся в стакан.

Таким образом, ключевой причиной наблюдаемого явления является создание разрежения (пониженного давления) внутри стакана за счёт охлаждения воздуха, предварительно нагретого пламенем.

Ответ:

Вода поднимается в стакан, потому что горящая бумага нагревает находящийся в нем воздух. После того как огонь гаснет из-за недостатка кислорода, воздух внутри стакана остывает. Охлаждение газа в замкнутом объеме приводит к уменьшению его давления. Внешнее атмосферное давление, которое действует на поверхность воды в блюдце, становится больше давления внутри стакана и заталкивает воду внутрь, пока давления не уравновесятся.