Номер 1, страница 139 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Задание 30. Параграф 41. Вес воздуха. Атмосферное давление. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 1, страница 139.

Условие.

1. Заполните пластиковую бутылку горячей водой. Вылейте воду и сразу закройте бутылку пробкой. Что произошло с пустой бутылкой спустя некоторое время? Объясните наблюдаемое явление.

Решение.

Решение 2.

1. Решение

После того как из пластиковой бутылки вылить горячую воду и сразу же плотно ее закрыть, через некоторое время можно будет наблюдать, как бутылка сжимается, ее стенки деформируются и втягиваются внутрь.

Это физическое явление объясняется изменением давления газа внутри бутылки при ее остывании.

1. Когда мы наливаем в бутылку горячую воду, воздух внутри нее нагревается. Кроме того, из-за высокой температуры вода интенсивно испаряется, и пространство внутри бутылки заполняется большим количеством горячего водяного пара.

2. В момент, когда мы выливаем воду и герметично закрываем бутылку, внутри остается смесь горячего воздуха и водяного пара. Давление этой смеси внутри бутылки ($p_{внутр}$) первоначально примерно равно давлению окружающего воздуха снаружи ($p_{атм}$).

3. Со временем бутылка и ее содержимое остывают до комнатной температуры. При остывании происходят два процесса, которые приводят к падению давления внутри бутылки:
- Охлаждение воздуха. Согласно газовому закону Шарля, при постоянном объеме ($V = \text{const}$) давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре ($p/T = \text{const}$). Когда температура воздуха внутри падает, его давление также уменьшается.
- Конденсация водяного пара. Это наиболее существенный фактор. Остывая, водяной пар переходит из газообразного состояния в жидкое — он конденсируется в капельки воды на внутренних стенках бутылки. Этот переход вещества в другое агрегатное состояние приводит к резкому уменьшению числа молекул газа в замкнутом объеме, что вызывает значительное падение давления.

4. В результате этих двух процессов итоговое давление внутри бутылки становится значительно ниже внешнего атмосферного давления. Возникает существенная разница давлений $ \Delta p = p_{атм} - p_{внутр} $.

5. Внешнее атмосферное давление создает силу, действующую на стенки бутылки снаружи. Поскольку внутреннее давление мало и не может скомпенсировать эту силу, стенки бутылки, не рассчитанные на такой перепад давлений, сминаются внутрь.

Ответ: Спустя некоторое время пустая бутылка сожмется (деформируется). Это происходит потому, что горячий воздух и водяной пар, оставшиеся в закрытой бутылке, при остывании создают внутри нее область пониженного давления. Внешнее атмосферное давление, которое оказывается значительно больше внутреннего, сжимает стенки бутылки.