Номер 2, страница 147 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Упражнение 26. § 43. Барометр-анероид. Атмосферное давление на различных высотах. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 2, страница 147.

2. Почему объём воздушного шарика, наполненного гелием, увеличивается при подъёме от поверхности Земли?

Решение

Это явление объясняется законами физики, в частности, изменением атмосферного давления с высотой и поведением газов.

1. Атмосферное давление. С увеличением высоты над поверхностью Земли плотность воздуха и, соответственно, атмосферное давление уменьшаются. Это происходит потому, что на большей высоте находится меньший столб воздуха, который давит своей массой на объекты под ним.

2. Равновесие давлений. Когда воздушный шарик находится у поверхности Земли, давление гелия внутри него уравновешивается суммой внешнего атмосферного давления и давления, создаваемого упругой оболочкой шарика.

3. Процесс при подъёме. Когда шарик начинает подниматься, внешнее атмосферное давление падает. Внутреннее давление гелия оказывается значительно выше внешнего. Возникает разность давлений, которая создаёт избыточную силу, действующую изнутри на стенки шарика.

4. Расширение газа. Под действием этой силы эластичная оболочка шарика растягивается, и его объём увеличивается. Согласно закону Бойля-Мариотта, для идеального газа при постоянной температуре произведение давления $P$ на объём $V$ есть величина постоянная ($PV = \text{const}$). При уменьшении внешнего давления газ внутри шарика расширяется, его объём $V$ увеличивается, а внутреннее давление $P$ падает. Расширение продолжается до тех пор, пока внутреннее давление гелия вновь не уравновесится с новым, более низким, внешним давлением (с учётом упругости оболочки).

Таким образом, подъём шарика в слои атмосферы с меньшим давлением приводит к увеличению его объёма.

Ответ: Объём воздушного шарика, наполненного гелием, увеличивается при подъёме от поверхности Земли, потому что с высотой уменьшается внешнее атмосферное давление, и газ внутри шарика расширяется, стремясь уравнять своё давление с давлением окружающей среды.