Номер 1, страница 143 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Параграф 42. Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли. Задание 31 - номер 1, страница 143.

Условие.

1. Если стакан с водой накрыть листом бумаги и, придерживая бумагу рукой, перевернуть, то бумага не отпадает после того, как рука убрана, и вода не вытекает (рис. 134). Почему?

Решение.

Решение 2.

Это явление объясняется действием атмосферного давления. На все тела, находящиеся на поверхности Земли, в том числе на лист бумаги и воду в стакане, действует давление окружающего воздуха.

Когда мы переворачиваем стакан с водой, накрытый листом бумаги, на этот лист начинают действовать силы в вертикальном направлении. Снизу на лист давит воздух из атмосферы, создавая силу, направленную вверх. Сверху на лист давит столб воды, находящийся в стакане. Сила этого давления направлена вниз. Также вниз действует сила тяжести самой бумаги, но она, как правило, пренебрежимо мала.

Давление, которое оказывает столб воды (гидростатическое давление), рассчитывается по формуле $p_{воды} = \rho g h$, где $\rho$ – плотность воды (около $1000 \text{ кг/м}^3$), $g$ – ускорение свободного падения (около $9,8 \text{ м/с}^2$), а $h$ – высота столба воды. Для обычного стакана высотой, например, 15 см ($0,15 \text{ м}$), это давление составит:
$p_{воды} = 1000 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3} \cdot 9,8 \frac{\text{м}}{\text{с}^2} \cdot 0,15 \text{ м} \approx 1470 \text{ Па}$

В то же время, нормальное атмосферное давление ($p_{атм}$) у поверхности Земли составляет примерно $101325 \text{ Па}$.

Сравнивая эти два значения, мы видим, что давление атмосферы ($p_{атм}$) значительно превышает давление, создаваемое столбом воды в стакане ($p_{воды}$):
$p_{атм} \gg p_{воды}$
$101325 \text{ Па} \gg 1470 \text{ Па}$
Поскольку сила давления равна произведению давления на площадь ($F = p \cdot S$), то и сила, с которой атмосфера давит на бумагу снизу, оказывается значительно больше, чем сила, с которой на нее давит вода сверху. Эта разница сил и удерживает лист бумаги, не позволяя воде вылиться. Дополнительную помощь оказывают силы поверхностного натяжения воды, которые способствуют герметичному прилипанию краев бумаги к ободку стакана.

Ответ: Лист бумаги удерживается давлением наружного воздуха (атмосферным давлением). Сила атмосферного давления, действующая на лист бумаги снизу, больше, чем сила давления столба воды в стакане, действующая на лист сверху.