Ответьте на вопросы, страница 148 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему атмосферное давление с высотой уменьшается?

2. Почему при проведении опыта Торричелли необходимо трубку заполнить ртутью полностью?

1. Атмосферное давление — это давление, которое оказывает столб воздуха от его верхней границы до данной высоты. Оно возникает из-за веса этого воздушного столба. С увеличением высоты над поверхностью Земли происходит два основных процесса:

а) Уменьшается высота воздушного столба над точкой измерения. Чем выше мы находимся, тем меньше воздуха остается над нами, и, следовательно, тем меньше его вес.

б) Уменьшается плотность воздуха. Воздух — сжимаемый газ. Нижние слои атмосферы сжаты весом верхних слоев, поэтому у поверхности Земли плотность воздуха максимальна. С набором высоты давление верхних слоев ослабевает, и воздух становится более разреженным (менее плотным).

Оба этих фактора — уменьшение высоты и плотности воздушного столба — приводят к тому, что вес этого столба, а значит и атмосферное давление, с высотой уменьшается. Зависимость давления от высоты в изотермической атмосфере описывается барометрической формулой:

$p(h) = p_0 \cdot e^{-\frac{Mgh}{RT}}$

где $p(h)$ — давление на высоте $\text{h}$, $p_0$ — давление на нулевой высоте, $\text{M}$ — молярная масса воздуха, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, $\text{R}$ — универсальная газовая постоянная, и $\text{T}$ — абсолютная температура. Эта формула наглядно показывает экспоненциальное уменьшение давления с ростом высоты.

Ответ: Атмосферное давление с высотой уменьшается, потому что уменьшается как высота столба воздуха, давящего сверху, так и его плотность.

2. Цель опыта Торричелли — измерить атмосферное давление, уравновесив его давлением столба жидкости (ртути). В идеальном эксперименте давление атмосферы, действующее на поверхность ртути в широком сосуде, равно давлению, создаваемому столбом ртути в запаянной трубке.

Для того чтобы это равенство было справедливым, давление в пространстве над столбиком ртути в трубке должно быть равно нулю (или пренебрежимо малым). Это пространство называют "торричеллиевой пустотой".

Если при заполнении трубки в ней останется пузырек воздуха, то после переворачивания трубки этот воздух окажется в пространстве над ртутью. Согласно закону Бойля-Мариотта, этот воздух расширится и будет оказывать собственное давление на ртутный столб сверху. В таком случае атмосферное давление будет уравновешивать сумму давлений столба ртути и оставшегося в трубке воздуха:

$p_{атм} = p_{ртути} + p_{воздуха}$

Из-за наличия давления воздуха $p_{воздуха}$ высота столба ртути, необходимого для равновесия, будет меньше, чем в случае, когда над ртутью вакуум. Это приведет к неправильному, заниженному результату измерения атмосферного давления. Полное заполнение трубки ртутью необходимо для того, чтобы вытеснить весь воздух и обеспечить создание над ртутью вакуума (торричеллиевой пустоты) для чистоты эксперимента.

Ответ: Трубку необходимо заполнить ртутью полностью, чтобы вытеснить из неё весь воздух. Это позволяет создать над столбом ртути пространство с близким к нулю давлением (торричеллиеву пустоту), что является ключевым условием для точного измерения атмосферного давления.