Номер 4, 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 4, страница 139.

Условие.

4. Для взятия проб различных жидкостей часто используют прибор ливер (рис. 131). Объясните действие этого прибора.

Решение.

Решение 2.

Решение

Прибор, изображенный на рисунке и называемый ливером (или пипеткой-пробоотборником), используется для взятия и переноса небольших объемов жидкости. Его действие основано на взаимодействии атмосферного и гидростатического давлений.

Рассмотрим пошагово, как работает этот прибор:

1. Открытую с обоих концов трубку (ливер) опускают в сосуд с жидкостью. Под действием атмосферного давления, которое одинаково давит на поверхность жидкости в сосуде и внутри трубки, жидкость в трубке устанавливается на том же уровне, что и в сосуде.
2. Верхнее отверстие трубки плотно зажимают пальцем. Это действие изолирует столб воздуха над жидкостью внутри трубки от окружающей атмосферы.
3. Трубку с зажатым верхним концом вынимают из сосуда. Жидкость при этом не выливается. Это объясняется тем, что на столб жидкости в трубке действуют три основные силы (в пересчете на давление):
   • Давление запертого воздуха $p_{возд}$ (действует вниз).
   • Гидростатическое давление столба жидкости $p_{жидк} = \rho g h$ (действует вниз, где $\rho$ – плотность жидкости, $g$ – ускорение свободного падения, $h$ – высота столба жидкости).
   • Атмосферное давление $p_{атм}$, действующее на нижнее отверстие трубки (действует вверх).
   При извлечении трубки из сосуда, столб жидкости под действием силы тяжести стремится немного опуститься, что приводит к увеличению объема запертого воздуха. Согласно закону Бойля-Мариотта ($pV=\text{const}$), давление этого воздуха $p_{возд}$ уменьшается и становится ниже атмосферного. Жидкость будет удерживаться в трубке до тех пор, пока сила восходящего атмосферного давления будет больше или равна сумме сил нисходящего давления запертого воздуха и гидростатического давления: $p_{атм} \geq p_{возд} + p_{жидк}$. Таким образом, разница между внешним атмосферным давлением и пониженным давлением внутри трубки создает поддерживающую силу, которая удерживает жидкость.
4. Для переноса пробы в другой сосуд достаточно убрать палец с верхнего отверстия. В этот момент воздух свободно входит в трубку, и давление над столбом жидкости становится равным атмосферному. Давления сверху и снизу столба жидкости (на уровне нижнего среза трубки) выравниваются, и жидкость вытекает под действием собственной силы тяжести.

Ответ: Действие ливера основано на создании разности давлений. Когда верхнее отверстие трубки, опущенной в жидкость, зажимают пальцем и трубку вынимают из сосуда, жидкость удерживается внутри за счет того, что внешнее атмосферное давление, действующее снизу, оказывается больше суммы давления столба жидкости и давления разреженного воздуха, запертого над ней. Когда палец убирают, давление над жидкостью становится равным атмосферному, и она вытекает под действием силы тяжести.