Эксперимент в классе, страница 23 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Эксперимент в классе

Рассмотрите рисунок 12.

Проведите опыт и на рисунке в тетради изобразите направление конвекционных потоков в колбе.

Под действием какой силы происходит движение жидкости при нагревании?

Рис. 12. Движение конвекционных потоков

Изобразите направление конвекционных потоков в колбе

При нагревании колбы снизу, как показано на рисунке, нижние слои жидкости получают тепло, их температура повышается. При нагревании жидкости расширяются, а их плотность уменьшается. В результате, под действием выталкивающей силы со стороны окружающих, более холодных и плотных слоев, нагретая жидкость начинает подниматься вверх. Этот восходящий поток обычно формируется в центре колбы, прямо над источником тепла.

Достигнув верхних слоев, жидкость отдает тепло окружающей среде и более холодным слоям, ее температура понижается, а плотность, соответственно, увеличивается. Став более тяжелой, эта жидкость опускается вниз вдоль более холодных стенок колбы.

Таким образом, в колбе устанавливается непрерывное циркуляционное движение жидкости: восходящие потоки в центре и нисходящие потоки у стенок. Это и есть конвекционные потоки.

Ответ: Нагретые, менее плотные слои жидкости поднимаются вверх по центру колбы, а остывшие, более плотные слои опускаются вниз вдоль ее стенок, создавая круговорот.

Под действием какой силы происходит движение жидкости при нагревании?

Движение жидкости при естественной конвекции происходит под действием двух основных сил: силы тяжести и архимедовой (выталкивающей) силы. Сила тяжести действует на все частицы жидкости, притягивая их к Земле. Архимедова сила, в свою очередь, действует на любой объем жидкости со стороны окружающей ее жидкости. Величина архимедовой силы $F_A$ определяется по формуле $F_A = \rho_ж g V$, где $\rho_ж$ – плотность окружающей жидкости, $g$ – ускорение свободного падения, а $V$ – объем тела (в данном случае, объем некоторого участка жидкости).

Когда нижний слой жидкости нагревается, его плотность $\rho_{нагр}$ становится меньше плотности верхних, холодных слоев $\rho_{хол}$. Для объема $V$ нагретой жидкости сила тяжести, действующая на него, равна $F_т = \rho_{нагр} g V$. Архимедова сила, выталкивающая этот объем вверх, равна $F_A = \rho_{хол} g V$. Поскольку $\rho_{нагр} < \rho_{хол}$, то $F_A > F_т$. Возникает результирующая сила, направленная вверх, которая и заставляет нагретую жидкость подниматься. Холодная же жидкость, будучи более плотной, опускается вниз под действием силы тяжести, занимая место поднявшейся теплой жидкости. Таким образом, ключевой силой, вызывающей восходящее движение, является архимедова сила.

Ответ: Движение жидкости при нагревании происходит под действием архимедовой силы, возникающей из-за разности плотностей нагретых и холодных участков жидкости в поле силы тяжести.