Номер 64, страница 69, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Материалы для повторения при подготовке к экзамену. 3. Давление. Закон Архимеда и плавание тел - номер 64, страница 69.

Условие.

64. В закрытой части сосуда над водой содержится воздух (рис. 17). Почему при повышении температуры уровень воды в закрытой части сосуда понижается?

Рис. 17

Решение.

Решение

В закрытой части сосуда над водой находится воздух. При повышении температуры системы воздух нагревается. Согласно молекулярно-кинетической теории, при нагревании средняя кинетическая энергия молекул газа увеличивается, они начинают двигаться быстрее. Вследствие этого молекулы воздуха чаще и с большей силой ударяются о стенки сосуда и поверхность воды.

В результате давление воздуха, запертого в закрытой части сосуда, возрастает. Это также следует из объединенного газового закона для постоянной массы газа: $ \frac{p \cdot V}{T} = const $. Поскольку температура $\text{T}$ увеличивается, произведение давления $\text{p}$ на объем $\text{V}$ также должно увеличиться.

Увеличенное давление воздуха выталкивает воду из закрытой части сосуда в открытую. Это приводит к тому, что уровень воды в закрытой части понижается, а в открытой — повышается. Процесс продолжается до тех пор, пока не установится новое равновесие, при котором возросшее давление воздуха будет уравновешено атмосферным давлением и давлением столба воды, равного разности уровней в двух частях сосуда.

Стоит отметить, что вода также немного расширяется при нагревании, но коэффициент теплового расширения газов намного больше, чем у жидкостей. Поэтому основной вклад в изменение уровня вносит именно расширение воздуха.

Ответ: При повышении температуры воздух в закрытой части сосуда нагревается и расширяется. Его давление на поверхность воды увеличивается, что заставляет воду опускаться. Поэтому уровень воды в закрытой части сосуда понижается.