Номер 4, страница 158 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Ответь на вопросы. § 46. Действие жидкости и газа на погруженное в них тело. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 4, страница 158.

4. Как на опыте показать, что на находящееся в газе тело действует выталкивающая сила? Какой газ вместо углекислого газа можно использовать в этом опыте?

Как на опыте показать, что на находящееся в газе тело действует выталкивающая сила?

Для демонстрации выталкивающей силы, действующей на тело в газе, можно провести следующий наглядный опыт с мыльными пузырями и углекислым газом.

Оборудование: большой прозрачный сосуд с открытым верхом (например, аквариум), источник углекислого газа (CO₂), раствор для мыльных пузырей.

Ход опыта:

1. Аккуратно наполнить нижнюю часть сосуда углекислым газом. Так как углекислый газ примерно в 1,5 раза плотнее воздуха, он будет скапливаться на дне, вытесняя воздух вверх. Слой газа будет невидимым.
2. Выдуть несколько мыльных пузырей и позволить им опускаться в сосуд.

Наблюдение и объяснение:

Мыльные пузыри, падая в воздухе, достигнув невидимой границы с углекислым газом, остановятся и начнут «плавать» на его поверхности. Некоторые могут даже немного подняться.

Это происходит потому, что на любое тело, погруженное в газ (или жидкость), действует выталкивающая сила (сила Архимеда), равная весу вытесненного газа: $F_A = \rho_{газа} \cdot g \cdot V_{тела}$, где $\rho_{газа}$ — плотность газа, $g$ — ускорение свободного падения, а $V_{тела}$ — объем тела.

Средняя плотность мыльного пузыря немного больше плотности воздуха, поэтому в воздухе он медленно тонет (сила тяжести $F_g$ больше выталкивающей силы воздуха $F_{А,воздух}$).

Однако плотность углекислого газа значительно больше плотности воздуха и, в данном случае, больше средней плотности мыльного пузыря. Поэтому, попадая в слой CO₂, пузырь испытывает гораздо большую выталкивающую силу ($F_{А, CO_2}$), которая становится равной или даже превышает его силу тяжести. В результате пузырь плавает, что наглядно доказывает существование выталкивающей силы в газе.

Ответ: Существование выталкивающей силы в газе можно показать на опыте с мыльными пузырями, которые тонут в воздухе, но плавают в сосуде, наполненном более плотным газом, например, углекислым.

Какой газ вместо углекислого газа можно использовать в этом опыте?

Для этого опыта вместо углекислого газа можно использовать любой другой газ, который удовлетворяет двум основным условиям:

1. Его плотность должна быть заметно больше плотности воздуха (плотность воздуха при нормальных условиях около 1,29 кг/м³, молярная масса ~29 г/моль).
2. Он должен быть безопасным для использования в демонстрационных целях (нетоксичным и негорючим).

Отличным примером такого газа является гексафторид серы (SF₆), также известный как элегаз.

• Его молярная масса составляет около 146 г/моль, что делает его более чем в 5 раз плотнее воздуха.
• Он бесцветен, не имеет запаха, химически инертен, нетоксичен и негорюч.

Благодаря своей высокой плотности и безопасности, гексафторид серы часто используется для эффектных демонстраций, где на его невидимой «поверхности» в аквариуме плавают легкие предметы, например, лодочки из фольги.

Другим возможным, хотя и менее эффектным вариантом, является аргон (Ar). Его молярная масса (40 г/моль) больше, чем у воздуха, и он также является безопасным инертным газом.

Ответ: Вместо углекислого газа можно использовать гексафторид серы (SF₆) или аргон (Ar), так как они плотнее воздуха и безопасны в обращении.