Номер 2, страница 132 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Задание 28. Параграф 39. Расчёт давления жидкости на дно и стенки сосуда. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 2, страница 132.

Условие.

2. Возьмите пластиковую бутылку. Отрежьте её дно и отвинтите крышку. По диаметру горлышка вырежьте кружочек из плотной бумаги или тонкого картона. Через центр кружочка проденьте нить с узелком на конце. Длина нити должна быть больше высоты бутылки. Нить пропустите через бутылку. Удерживая кружок прижатым к горлышку с помощью нити, опустите бутылку в воду горлышком вниз. Отпустите нить. Вы заметите, что кружок удерживается на месте за счёт давления воды снизу. Тонкой струёй по стенке наливайте воду в бутылку, не меняя её положения. Заметьте, при какой высоте столба воды в бутылке кружок отпадёт от неё. Что демонстрирует этот опыт?

Решение.

Решение 2.

Данный эксперимент наглядно демонстрирует существование гидростатического давления и его зависимость от высоты столба жидкости.

Когда перевернутую бутылку с прижатым к горлышку бумажным кружком опускают в воду, кружок не отпадает. Это происходит потому, что на него снизу действует сила давления со стороны воды, в которую он погружен. Эта сила, направленная вверх, оказывается больше, чем сила тяжести, действующая на сам кружок. Давление, создаваемое жидкостью, называется гидростатическим, и оно действует на любой глубине во всех направлениях, в том числе и вверх.

Когда мы начинаем наливать воду внутрь бутылки, на бумажный кружок начинает действовать давление столба воды сверху. Сила этого давления направлена вниз. Бумажный кружок отпадет в тот момент, когда сила давления воды изнутри бутылки (направленная вниз) сравняется с силой давления воды снаружи (направленной вверх). Весом самого кружка в данном случае можно пренебречь, так как он незначителен по сравнению с силами давления.

Гидростатическое давление рассчитывается по формуле $p = \rho \cdot g \cdot h$, где $\rho$ – плотность жидкости, $g$ – ускорение свободного падения, а $h$ – высота столба жидкости. Кружок отпадет, когда давление воды внутри бутылки $p_{внутр}$ станет равным давлению воды снаружи $p_{внешн}$ на той же глубине.

Условие отрыва кружка: $p_{внутр} \ge p_{внешн}$.

Подставив формулу, получим: $\rho \cdot g \cdot h_{внутр} \ge \rho \cdot g \cdot h_{внешн}$, где $h_{внутр}$ — высота столба воды в бутылке, а $h_{внешн}$ — глубина погружения горлышка.

Отсюда следует, что отрыв произойдет, как только высота столба воды внутри бутылки сравняется с глубиной погружения горлышка в воду: $h_{внутр} \ge h_{внешн}$. То есть когда уровни воды внутри и снаружи бутылки практически сравняются.

Ответ: Этот опыт демонстрирует, что давление в жидкости (гидростатическое давление) прямо пропорционально высоте столба жидкости и действует на погруженное тело со всех сторон, в том числе снизу вверх. Кружок отпадает, когда давление столба воды, налитой в бутылку, уравновешивает давление воды снаружи на той же глубине.