Номер 449, страница 55 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

7 класс. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. 20. Вес воздуха. Атмосферное давление. Опыт Торричелли. Гидравлические механизмы - номер 449, страница 55.

Решение.

Решение

В начальный момент, когда закрытый пробкой флакон находится в атмосфере, давление воздуха внутри флакона ($P_{внутр}$) равно давлению воздуха снаружи, то есть атмосферному давлению ($P_{атм}$). Силы давления, действующие на пробку изнутри и снаружи, практически уравновешены. Пробка удерживается в горлышке флакона силой трения.

Когда флакон помещают под колокол и начинают выкачивать воздух, давление под колоколом ($P_{внеш}$) постепенно уменьшается. При этом воздух, находящийся внутри флакона, герметично заперт, и его давление остается прежним, равным начальному атмосферному давлению ($P_{внутр} = P_{атм}$).

Из-за этого возникает разность давлений по обе стороны пробки. Давление изнутри флакона становится значительно больше, чем снаружи ($P_{внутр} > P_{внеш}$). Эта разность давлений создает выталкивающую силу, действующую на пробку изнутри. Величина этой силы $\text{F}$ равна произведению разности давлений на площадь поперечного сечения пробки $\text{S}$: $F = (P_{внутр} - P_{внеш}) \cdot S$.

Как только эта выталкивающая сила превысит силу трения, удерживающую пробку, пробка вылетит из флакона.

Ответ: Пробка вылетает из-за того, что давление воздуха внутри флакона остается равным атмосферному, в то время как давление воздуха снаружи флакона (под колоколом насоса) при откачивании сильно уменьшается. Возникающая из-за этой разницы давлений сила выталкивает пробку из горлышка флакона.