Номер 9.29, страница 51 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 9. Домашние экспериментальные задания - номер 9.29, страница 51.

Условие.

9.29. Налейте в пустую пластмассовую бутылку немного горячей воды (рис. 30, а). Она быстро испаряется, поэтому водяной пар заполнит бутылку, вытеснив из нее большую часть воздуха (чтобы увеличить площадь поверхности, с которой происходит испарение, ополосните бутылку). Вылейте воду, плотно заверните пробку и подставьте бутылку под струю холодной воды. Бутылка с треском расплющится (рис. 30, б, в). Чем это объясняется?

Решение.

Решение

Наблюдаемое явление объясняется резким падением давления внутри бутылки по сравнению с внешним атмосферным давлением. Рассмотрим процесс по шагам:

1. Когда в бутылку наливают горячую воду, она начинает интенсивно испаряться. Образующийся водяной пар, будучи горячим, нагревает воздух в бутылке и вытесняет его часть наружу. После того как остатки жидкой воды выливают и бутылку плотно закрывают, ее внутренний объем оказывается заполненным смесью горячего воздуха и большого количества водяного пара. Давление этой смеси внутри ($p_{внутр}$) примерно равно внешнему атмосферному давлению ($p_{атм}$).

2. Когда бутылку помещают под струю холодной воды, ее стенки и содержимое быстро охлаждаются.

3. При резком понижении температуры водяной пар внутри бутылки конденсируется — превращается в капельки жидкой воды на стенках. Объем, занимаемый сконденсировавшейся водой, ничтожно мал по сравнению с объемом, который занимал пар. Это приводит к значительному уменьшению числа молекул газа в бутылке и, как следствие, к падению давления.

4. Оставшийся в бутылке воздух также охлаждается, что, в соответствии с законом Шарля ($p/T=const$), дополнительно уменьшает его давление.

5. В результате этих двух процессов, главным из которых является конденсация пара, давление внутри бутылки становится намного ниже атмосферного ($p_{внутр} \ll p_{атм}$).

6. Из-за возникшей большой разницы давлений на стенки бутылки снаружи начинает действовать значительная сила со стороны атмосферы ($F_{внешн} = p_{атм} \cdot S$). Эта сила оказывается намного больше силы, действующей изнутри ($F_{внутр} = p_{внутр} \cdot S$), и сжимает (расплющивает) бутылку.

Ответ: Бутылка расплющивается из-за того, что при охлаждении водяной пар внутри нее конденсируется, а воздух сжимается. Это приводит к резкому падению давления внутри бутылки. Внешнее атмосферное давление становится значительно больше внутреннего и сжимает бутылку.