Номер 89, страница 230 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Задачи для повторения - номер 89, страница 230.

Условие.

89. Под колоколом воздушного насоса находится сосуд, закупоренный пробкой. Почему при выкачивании воздуха из-под колокола пробка может вылететь?

Решение.

Решение 2.

Решение

Данное явление объясняется возникновением разности давлений воздуха внутри и снаружи закупоренного сосуда.

Изначально, до начала работы насоса, давление воздуха внутри сосуда ($P_{внутр}$) и давление воздуха снаружи сосуда под колоколом ($P_{внешн}$) равны между собой и равны атмосферному давлению. Силы давления, действующие на пробку изнутри и снаружи, уравновешивают друг друга. Пробка удерживается в горлышке сосуда силой трения.

Когда насос начинает откачивать воздух из-под колокола, давление $P_{внешн}$ в пространстве под колоколом уменьшается. Поскольку сосуд закупорен герметично, давление воздуха внутри него $P_{внутр}$ остается прежним, то есть равным атмосферному.

Вследствие этого возникает перепад давлений $\Delta P = P_{внутр} - P_{внешн}$. Этот перепад создает направленную изнутри наружу силу $F$, действующую на пробку. Величина этой силы равна произведению разности давлений на площадь поперечного сечения пробки $S$:

$F = \Delta P \cdot S$

По мере откачивания воздуха разность давлений $\Delta P$ возрастает, а значит, увеличивается и выталкивающая сила $F$. Когда эта сила становится больше силы трения, удерживающей пробку, пробка вылетает из сосуда.

Ответ:

Пробка вылетает потому, что при откачивании воздуха давление под колоколом (снаружи сосуда) становится значительно меньше, чем давление воздуха внутри сосуда. Возникающая из-за этой разности давлений сила выталкивает пробку наружу, когда её величина превышает силу трения.