Номер 4, страница 21 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Минькова, Иванова

Это задание является инструкцией по подготовке к лабораторной работе по физике, известной как «Картези-анский водолаз». Цель работы — наглядно продемонстрировать и изучить принципы плавучести, закон Паскаля и сжимаемость газов. Ниже приведено развёрнутое объяснение каждого шага.

Найдите пластиковую бутылку 0,5 л или 0,6 л и стеклянный пузырёк (например, от глазных капель), который входит в горлышко бутылки.

Эти предметы являются основными компонентами будущей экспериментальной установки.

• Пластиковая бутылка служит герметичным сосудом. Её гибкие стенки позволяют изменять давление внутри простым сжатием рукой.

• Стеклянный пузырёк будет играть роль «водолаза» — объекта, чью плавучесть мы будем изменять. Важно, чтобы он был открытым, так как принцип действия основан на том, что внутрь может заходить и выходить вода.

На полоске бумаги шириной 2 см нарисуйте шкалу линейки длиной 20 см. С помощью скотча наклейте её на внешнюю сторону пластиковой бутылки.

Эта шкала необходима для проведения количественных измерений. С её помощью можно будет точно определять глубину, на которую погружается «водолаз», или измерять начальный уровень воды в бутылке.

На полоске бумаги шириной 1 см нарисуйте шкалу линейки длиной 4 см. С помощью скотча наклейте её на внешнюю сторону пузырька.

Эта шкала позволит измерять изменение объёма воздуха внутри «водолаза». Когда давление в бутылке увеличится, воздух сожмётся, и уровень воды внутри пузырька поднимется. Шкала на пузырьке поможет зафиксировать это изменение, что позволит оценить, насколько сжался воздух.

Принцип действия будущего эксперимента:

1. Бутылка заполняется водой. В пузырёк-«водолаз» набирается такое количество воды, чтобы он, будучи опущенным в бутылку, плавал у самой поверхности, едва выступая из воды.

2. В этом начальном состоянии средняя плотность «водолаза» (учитывая массу стекла, воздуха и воды внутри) немного меньше плотности воды в бутылке. Выталкивающая сила Архимеда $F_A$ уравновешивает его силу тяжести $\text{mg}$.

3. При сжатии стенок бутылки давление в ней, согласно закону Паскаля, возрастает и равномерно передаётся по всему объёму жидкости, в том числе и на воздух внутри пузырька.

4. Воздух в пузырьке сжимается под действием повышенного давления, и в освободившийся объём заходит дополнительное количество воды. Общая масса «водолаза» увеличивается, что приводит к росту его средней плотности.

5. Как только средняя плотность «водолаза» становится больше плотности воды, он начинает тонуть.

6. Если прекратить сжимать бутылку, давление вернётся к исходному. Сжатый воздух в пузырьке расширится, вытолкнет излишек воды, масса и средняя плотность «водолаза» уменьшатся, и он всплывёт на поверхность.

Таким образом, наличие шкал превращает простую демонстрацию в полноценный физический эксперимент по исследованию связи между давлением, объёмом и условиями плавания тел.

Ответ: Задание состоит в том, чтобы подготовить оборудование для физического эксперимента «Картезианский водолаз». Для этого требуется найти пластиковую бутылку, стеклянный пузырёк и наклеить на них самодельные измерительные шкалы, как описано в инструкции. Это позволит на следующем уроке на практике изучить законы Паскаля и Архимеда.