Номер 3, страница 36 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 2. Механические свойства жидкостей, газов и твёрдых тел. Параграф 9. Давление в жидкости и газе. Задание 8 - номер 3, страница 36.

Условие.

3. К стеклянной трубке прижимают дно, вырезанное из плотного картона, с помощью продетой в него нитки (рис. 26). Трубку опускают в сосуд с водой на некоторую глубину, дно плотно прижимается к трубке. Затем в трубку наливают воду. В тот момент, когда уровень воды в трубке совпадёт с уровнем воды в сосуде, дно отпадёт от трубки. Объясните явление.

Решение.

Решение

Это явление объясняется действием гидростатического давления жидкости. Давление, которое оказывает жидкость, зависит от высоты её столба и плотности.

1. Когда пустую трубку с картонным дном опускают в сосуд с водой на некоторую глубину $\text{h}$, на внешнюю поверхность дна действует давление воды. Это давление, согласно закону Паскаля, передается во все стороны одинаково и равно $P_{внеш} = \rho g h$, где $\rho$ — плотность воды, $\text{g}$ — ускорение свободного падения. Это давление создает направленную вверх силу $F_{вверх} = P_{внеш} \cdot S = \rho g h S$, где $\text{S}$ — площадь картонного дна. Эта сила прижимает дно к трубке, не давая ему упасть (при условии, что эта сила больше силы тяжести самого дна).

2. Когда в трубку начинают наливать воду, на внутреннюю поверхность дна начинает давить столб воды внутри трубки. Если высота этого столба $h_{внутр}$, то он создает давление $P_{внутр} = \rho g h_{внутр}$ и, соответственно, направленную вниз силу $F_{вниз} = P_{внутр} \cdot S = \rho g h_{внутр} S$. Кроме этой силы, на дно также действует его сила тяжести $F_{тяж}$.

3. Дно отпадет от трубки, когда суммарная сила, действующая на него вниз, станет равной или чуть больше силы, действующей вверх.

В тот момент, когда уровень воды в трубке сравнивается с уровнем воды в сосуде, высоты столбов жидкости становятся равными: $h_{внутр} = h$. В этот момент сила давления воды, действующая на дно сверху ($F_{вниз}$), становится равной силе давления воды, действующей на дно снизу ($F_{вверх}$):

$F_{вверх} = \rho g h S$

$F_{вниз} = \rho g h S$

Таким образом, силы давления жидкости, действующие на дно с обеих сторон, уравновешивают друг друга. Однако на дно по-прежнему действует его собственная сила тяжести $F_{тяж}$, направленная вниз. Под действием этой неуравновешенной силы дно отрывается от трубки и падает.

Ответ: Дно удерживается у трубки за счет силы давления воды в сосуде, действующей на него снизу вверх. Когда в трубку наливают воду, на дно сверху начинает действовать сила давления внутреннего столба воды. В момент, когда уровни воды внутри трубки и снаружи в сосуде совпадают, силы давления воды на дно сверху и снизу становятся равными и уравновешивают друг друга. В результате картонное дно отпадает под действием собственной силы тяжести.