Номер 6, страница 62 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

6. Почему иногда подпрыгивает крышка чайника, когда в нем кипит вода?

6. Почему иногда подпрыгивает крышка чайника, когда в нем кипит вода?

Решение

Когда вода в чайнике достигает температуры кипения (100°C при нормальном атмосферном давлении), начинается интенсивный процесс парообразования по всему объему жидкости. Вода переходит из жидкого состояния в газообразное, превращаясь в водяной пар.

Ключевой момент заключается в том, что объем, занимаемый паром, многократно превышает объем жидкой воды, из которой он образовался. При атмосферном давлении объем пара примерно в 1700 раз больше объема эквивалентной массы воды. Этот пар быстро заполняет пространство над водой под крышкой чайника.

Поскольку кипение продолжается, пар продолжает накапливаться, и его давление внутри чайника возрастает, становясь выше атмосферного давления снаружи. Давление – это сила, действующая на единицу площади. Таким образом, пар начинает давить на внутренние стенки чайника и на крышку снизу. Сила давления пара, действующая на крышку вверх, определяется как $F = P \cdot A$, где $P$ – давление пара, а $A$ – площадь крышки.

Крышку на месте удерживает ее собственная сила тяжести, направленная вниз. Когда сила давления пара, действующая на крышку снизу, становится больше силы тяжести, крышка приподнимается или "подпрыгивает".

В образовавшуюся щель выходит часть пара, из-за чего давление внутри чайника мгновенно падает. Сила тяжести снова становится преобладающей, и крышка опускается на место. Если вода продолжает кипеть, цикл повторяется, что и вызывает дребезжание или подпрыгивание крышки.

Ответ: Крышка чайника подпрыгивает потому, что образующийся при кипении пар создает под ней избыточное давление. Сила этого давления, действующая на крышку снизу, периодически превосходит силу тяжести, удерживающую крышку на месте, и приподнимает ее.