Номер 1, страница 153 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

1. Погрузите стакан в воду, переверните его и медленно вытаскивайте из воды. Объясните, почему уровень воды в стакане выше, чем в сосуде с водой.

1. Этот эксперимент демонстрирует действие атмосферного давления. Когда мы погружаем стакан в воду, наполняем его, а затем, перевернув, начинаем вытаскивать, мы создаем следующую ситуацию:

1. На свободную поверхность воды в сосуде, снаружи стакана, действует давление атмосферы. Атмосферное давление — это давление, которое оказывает столб воздуха, находящийся над нами, на все предметы на поверхности Земли. Его значение довольно велико, около 101325 Паскалей (или 1 атмосфера) на уровне моря.

2. Внутри стакана, над поверхностью воды, находится небольшое количество воздуха и водяного пара. Давление в этом замкнутом пространстве ($P_{внутри}$) значительно ниже атмосферного ($P_{атм}$).

3. Согласно закону Паскаля, давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Атмосферное давление, действуя на поверхность воды в сосуде, передается через воду и давит снизу на воду, находящуюся в стакане.

4. В результате этого, вода в стакане удерживается на некоторой высоте. Условие равновесия для столба воды в стакане можно записать следующим образом: давление на уровне поверхности воды в сосуде должно быть одинаковым как снаружи, так и внутри стакана.
Давление снаружи на этом уровне равно атмосферному: $P_{атм}$.
Давление внутри на этом же уровне складывается из давления воздуха над водой в стакане ($P_{внутри}$) и гидростатического давления столба воды высотой $\text{h}$: $P_{внутри} + \rho g h$, где $\rho$ – плотность воды, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, $\text{h}$ – высота столба воды в стакане над уровнем воды в сосуде.

Таким образом, мы получаем уравнение равновесия:
$P_{атм} = P_{внутри} + \rho g h$

Из этого уравнения видно, что атмосферное давление уравновешивается давлением внутри стакана и весом столба воды. Поскольку $P_{атм}$ значительно больше, чем $P_{внутри}$, разность давлений ($P_{атм} - P_{внутри}$) способна удержать столб воды высотой $\text{h}$. Именно поэтому уровень воды в стакане оказывается выше, чем в сосуде.

Ответ: Уровень воды в стакане выше, чем в сосуде с водой, потому что на поверхность воды в сосуде давит атмосферное давление. Это давление передается через воду и удерживает столб воды внутри стакана, противодействуя силе тяжести. Давление воздуха, оставшегося в стакане над водой, значительно меньше атмосферного, что и позволяет атмосферному давлению поддерживать более высокий уровень воды в стакане.