Номер 3, страница 139 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Ответь на вопросы. Параграф 41. Вес воздуха. Атмосферное давление. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 3, страница 139.

Условие.

3. В чём причина существования атмосферного давления?

Решение.

Решение 2.

Почему молекулы газов, входящих в состав атмосферы, не падают на Землю и не покидают её?

Молекулы газов, составляющих атмосферу, удерживаются у поверхности Земли благодаря балансу двух основных факторов: силы тяжести и их собственной кинетической энергии (теплового движения).

Почему молекулы не падают на Землю?
Молекулы газов находятся в непрерывном хаотическом движении. Они обладают значительной кинетической энергией, которая заставляет их постоянно двигаться с большими скоростями, сталкиваться друг с другом и с поверхностью Земли. Это интенсивное тепловое движение противодействует силе тяжести, не позволяя молекулам "осесть" на поверхность, подобно частицам пыли. Вместо этого они распределены по всему объему, который занимает атмосфера, хотя и с убывающей плотностью по мере увеличения высоты.

Почему молекулы не покидают Землю?
Сила гравитационного притяжения Земли достаточно велика, чтобы удерживать газовую оболочку. Чтобы покинуть гравитационное поле Земли, молекула должна достичь или превысить вторую космическую скорость, которая у поверхности составляет примерно $11,2$ км/с. Средние скорости большинства молекул в атмосфере (например, азота $N_2$ и кислорода $O_2$) при обычных температурах значительно ниже этой величины (около $0,5$ км/с). Только самые легкие газы (водород, гелий) в самых верхних, разреженных и горячих слоях атмосферы (экзосфере), где столкновения редки, могут изредка приобретать достаточную скорость для преодоления земного притяжения и "улетучиваться" в космос. Однако для основной массы атмосферы гравитация Земли является непреодолимым барьером.

Ответ: Молекулы газов не падают на Землю из-за своего непрерывного теплового движения, а не покидают её, так как сила притяжения Земли удерживает их, а их скорости в подавляющем большинстве случаев недостаточны для преодоления этого притяжения.

3. В чём причина существования атмосферного давления?

Причиной существования атмосферного давления является действие силы тяжести на воздух, который составляет атмосферу Земли. Атмосфера, как и любое физическое тело, имеет массу, а следовательно, и вес.

Давление по определению — это физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности: $p = F/S$. В случае с атмосферой, сила $F$ — это вес столба воздуха, который давит на данную площадь $S$ и простирается от этой площади до верхних границ атмосферы. Этот огромный столб воздуха своим весом оказывает давление на земную поверхность и на все находящиеся на ней и в ней тела.

Согласно закону Паскаля, давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Поэтому атмосферное давление действует не только вниз (на горизонтальные поверхности), но также вверх и в стороны. Кроме того, на микроскопическом уровне давление создается бесчисленными ударами хаотически движущихся молекул воздуха о поверхность.

Ответ: Причина существования атмосферного давления — это вес воздушного столба, который под действием силы тяжести давит на земную поверхность и все находящиеся на ней тела.

4. Как экспериментально доказать существование атмосферного давления?

Существование атмосферного давления можно продемонстрировать с помощью ряда наглядных экспериментов. Вот два классических примера:

1. Опыт с Магдебургскими полушариями.
Этот исторический опыт был проведен немецким физиком Отто фон Герике в 1654 году. Два полых металлических полушария складываются вместе, образуя герметичную сферу. Затем из внутренней полости сферы с помощью насоса откачивается воздух. В результате внешнее атмосферное давление сжимает полушария с такой огромной силой, что их не удается разъединить даже с помощью упряжек лошадей. Однако, как только внутрь сферы впускают воздух, давление внутри и снаружи выравнивается, и полушария распадаются без всякого усилия. Это убедительно доказывает, что именно внешнее давление воздуха удерживало их вместе.

2. Опыт со стаканом воды и листом бумаги.
Это простой, но эффектный опыт. Стакан наполняют водой до самых краев. Сверху его накрывают листом плотной бумаги. Придерживая лист рукой, стакан аккуратно переворачивают вверх дном над раковиной. Затем руку можно убрать — лист бумаги останется "приклеенным" к краям стакана, и вода не выльется. Это происходит потому, что сила давления атмосферного воздуха, действующая на лист снизу вверх, больше, чем сила тяжести (вес) столба воды в стакане, действующая вниз.

Ответ: Экспериментально доказать существование атмосферного давления можно с помощью опытов, которые наглядно демонстрируют его силу. Например, опыт с Магдебургскими полушариями, которые невозможно разъединить после откачки из них воздуха, или опыт с перевернутым стаканом воды, в котором вода удерживается листом бумаги за счет давления воздуха снизу.