Номер 52, страница 14 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

7 класс. Первоначальные сведения о строении вещества. 4. Строение вещества. Молекулы. Броуновское движение. Диффузия в газах, жидкостях и твёрдых телах. Температура. Взаимное притяжение и отталкивание молекул - номер 52, страница 14.

Решение.

Решение

Это явление объясняется физическим свойством материалов, которое называется тепловым расширением. При повышении температуры большинство тел увеличиваются в размерах.

В случае с банкой и крышкой мы имеем два разных материала: банка обычно изготавливается из стекла, а крышка – из металла (например, из стали или жести). У этих материалов разные коэффициенты теплового расширения. Коэффициент линейного теплового расширения металла ($ \alpha_{металл} $) значительно больше, чем у стекла ($ \alpha_{стекло} $). Например, для стали он составляет примерно $ 12 \cdot 10^{-6} \, К^{-1} $, а для обычного стекла — около $ 9 \cdot 10^{-6} \, К^{-1} $.

Изменение линейных размеров тела (в данном случае, диаметра крышки и горлышка банки) при нагревании описывается формулой: $ \Delta L = \alpha \cdot L_0 \cdot \Delta T $ где $ L_0 $ — начальный размер, $ \alpha $ — коэффициент линейного теплового расширения, а $ \Delta T $ — изменение температуры.

Когда мы поливаем крышку горячей водой, и крышка, и горлышко банки нагреваются. Поскольку $ \alpha_{металл} > \alpha_{стекло} $, при одинаковом изменении температуры $ \Delta T $ металлическая крышка расширится сильнее, чем стеклянное горлышко. В результате этого зазор между ними увеличится, а сила трения, удерживающая крышку, уменьшится. Это и позволяет открутить крышку с меньшим усилием.

Также стоит отметить, что часто банки с консервацией закрывают горячими. При остывании воздух внутри сжимается, и из-за разницы между атмосферным давлением снаружи и пониженным давлением внутри крышка сильно прижимается к банке. Нагревание крышки приводит к нагреву и расширению воздуха под ней, что увеличивает внутреннее давление и помогает "вытолкнуть" крышку, облегчая ее открытие.

Ответ: Сильно завинченную крышку банки легче отвинтить после подогрева, потому что коэффициент теплового расширения металлической крышки больше, чем у стеклянной банки. При нагревании крышка расширяется сильнее горлышка банки, что уменьшает силу трения между ними и облегчает отвинчивание.