Номер 1, страница 72 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

ЗАДАНИЕ

1*. Возьмите шприц, наполненный горячей водой так, чтобы и маленького пузырька воздуха не было под поршнем (рис. 36, а). Заткните отверстие шприца пальцем и выдвигайте поршень. Что образуется в пространстве между водой и поршнем? Опишите ваши ощущения во время этого опыта. Постарайтесь запомнить, как менялась сила, с которой надо было вытаскивать поршень.

Повторите эксперимент, используя вместо воды такой же объём воздуха (рис. 36, б). Удалось ли вам обнаружить разницу в ощущениях? Попробуйте объяснить результат.

Рис. 36

Что образуется в пространстве между водой и поршнем? Опишите ваши ощущения во время этого опыта. Постарайтесь запомнить, как менялась сила, с которой надо было вытаскивать поршень.

Когда поршень шприца с горячей водой выдвигается, объем над поверхностью воды увеличивается. Это приводит к резкому падению давления в этом пространстве. Поскольку вода горячая, она имеет высокое давление насыщенного пара. Как только давление над жидкостью становится ниже давления ее насыщенного пара при данной температуре, вода начинает интенсивно испаряться (закипает при пониженном давлении). Таким образом, пространство между водой и поршнем заполняется водяным паром.

Во время опыта ощущается значительное сопротивление движению поршня. Сила, которую нужно прикладывать, чтобы выдвигать поршень, практически постоянна на всем протяжении его движения (пока в шприце есть вода). Это связано с тем, что сила сопротивления создается разностью между внешним атмосферным давлением $P_{атм}$ и давлением насыщенного пара $P_{п}$ внутри шприца. Так как при постоянной температуре $P_{п}$ является постоянной величиной, то и сила $F = (P_{атм} - P_{п}) \cdot S$ (где $S$ — площадь поршня) остается практически неизменной.

Ответ: В пространстве между водой и поршнем образуется водяной пар. При выдвижении поршня ощущается значительная, почти постоянная по величине сила сопротивления.

Повторите эксперимент, используя вместо воды такой же объём воздуха (рис. 36, б). Удалось ли вам обнаружить разницу в ощущениях? Попробуйте объяснить результат.

Да, разница в ощущениях очень заметна. В эксперименте с воздухом поршень вначале выдвигается очень легко. По мере его выдвижения сила, которую необходимо прикладывать, возрастает. В отличие от опыта с водой, где сила сопротивления была большой и постоянной с самого начала, в опыте с воздухом она нарастает постепенно.

Это объясняется различиями в свойствах жидкостей и газов.

Воздух, как и любой газ, легко сжимаем и расширяется, стремясь занять весь предоставленный ему объем. Когда мы выдвигаем поршень, объем, занимаемый воздухом, увеличивается. Согласно закону Бойля–Мариотта, при постоянной температуре произведение давления газа на его объем остается постоянным ($P \cdot V = const$). Следовательно, при увеличении объема $V$ давление воздуха $P$ внутри шприца уменьшается. Сила сопротивления $F = (P_{атм} - P) \cdot S$ растет, так как внутреннее давление $P$ падает по мере выдвижения поршня.

Вода же, как и большинство жидкостей, практически несжимаема. Она не расширяется, чтобы заполнить образующееся пространство. Это пространство заполняется ее паром, давление которого (давление насыщенного пара) постоянно при постоянной температуре. Поэтому и сила сопротивления в опыте с водой была постоянной.

Ответ: Да, разница в ощущениях существенна. С воздухом поршень тянуть вначале легко, но сопротивление нарастает. С горячей водой сопротивление большое и практически постоянное. Это объясняется тем, что воздух (газ) расширяется, и его давление падает по мере увеличения объема, а вода (жидкость) испаряется, создавая постоянное давление насыщенного пара.