Экспериментируйте, страница 141 - гдз по физике 7 класс учебник Кронгарт, Даданбеков

Экспериментируйте

1. Проведите простой опыт. Возьмите стакан с водой, накройте его листом тетрадной бумаги и, придерживая лист рукой, переверните его (рис. 27.6). Уберите руку. Вода из стакана выливаться не будет. Объясните результат этого опыта.

Рис. 27.6

1 Этот опыт наглядно демонстрирует существование и силу атмосферного давления. Когда стакан с водой, накрытый листом бумаги, переворачивается, на лист начинают действовать силы с обеих сторон.

С внутренней стороны на бумагу давит столб воды. Это гидростатическое давление, направленное вниз. Сила, с которой вода давит на бумагу, равна $F_{воды} = P_{воды} \cdot S$, где $S$ — площадь горлышка стакана, а $P_{воды}$ — гидростатическое давление. Оно рассчитывается по формуле $P_{воды} = \rho g h$, где $\rho$ — плотность воды, $g$ — ускорение свободного падения, а $h$ — высота столба воды.

С внешней стороны на бумагу давит воздух, то есть атмосфера. Эта сила, $F_{атм} = P_{атм} \cdot S$, направлена вверх.

Вода не выливается, потому что сила давления атмосферы, действующая на лист бумаги снизу, оказывается больше, чем сила давления (вес) столба воды, действующая на лист сверху. Нормальное атмосферное давление ($P_{атм}$) составляет примерно $101325$ Па. Для стакана высотой $15$ см ($0.15$ м), давление воды будет всего лишь $P_{воды} = 1000 \frac{кг}{м^3} \cdot 9.8 \frac{Н}{кг} \cdot 0.15 м \approx 1470$ Па. Как видно, атмосферное давление значительно превосходит давление воды.

Также в этом опыте играет роль сила поверхностного натяжения воды. Вода смачивает края стакана и лист бумаги, создавая герметичный барьер. Этот барьер не позволяет воздуху проникнуть в стакан, благодаря чему сохраняется разница давлений внутри и снаружи. Если бы герметичность нарушилась, давление бы выровнялось, и вода бы вылилась под действием силы тяжести.

Ответ: Вода не выливается из перевернутого стакана, потому что сила давления атмосферного воздуха, действующая на лист бумаги снизу, больше, чем сила давления столба воды на этот лист сверху. Силы поверхностного натяжения помогают удерживать бумагу и обеспечивают герметичность.