Страница 104 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

■ Проделайте опыт, изображённый на рисунке 62. Когда резиновая трубка максимально отклонится от вертикали, перестаньте лить воду в воронку. Пока оставшаяся в трубке вода вытекает, понаблюдайте, как будет меняться:

а) дальность полёта воды в струе (относительно отверстия в стеклянной трубке);

б) положение резиновой трубки.

Объясните оба изменения.

а) дальность полёта воды в струе (относительно отверстия в стеклянной трубке);

Дальность полёта струи воды, вытекающей из отверстия, зависит от скорости её истечения. Скорость истечения жидкости из отверстия, согласно формуле Торричелли, прямо пропорциональна квадратному корню из высоты столба жидкости над отверстием: $v = \sqrt{2gh}$, где $h$ – высота столба воды, а $g$ – ускорение свободного падения.

В ходе опыта, по мере вытекания воды из трубки, уровень воды (высота столба $h$) будет уменьшаться. Следовательно, скорость истечения воды $v$ также будет уменьшаться.

Дальность полёта $L$ при горизонтальном вылете с некоторой высоты пропорциональна начальной скорости $v$. Поскольку скорость истечения уменьшается, дальность полёта струи воды также будет уменьшаться. Струя будет падать всё ближе и ближе к основанию установки.

Ответ: Дальность полёта воды в струе будет уменьшаться.

б) положение резиновой трубки.

Отклонение резиновой трубки от вертикального положения происходит под действием реактивной силы, возникающей в соответствии с третьим законом Ньютона. Когда вода вытекает из трубки в одну сторону, на саму трубку действует сила, направленная в противоположную сторону. Величина этой реактивной силы тяги $F$ пропорциональна квадрату скорости истечения воды: $F \sim v^2$. Как было установлено в предыдущем пункте, скорость истечения определяется высотой столба воды: $v^2 = 2gh$. Таким образом, реактивная сила прямо пропорциональна высоте столба воды: $F \sim h$.

В начальный момент, когда трубка максимально отклонена, реактивная сила уравновешена силами, стремящимися вернуть трубку в исходное положение (например, силой упругости резины и составляющей силы тяжести). По мере вытекания воды высота столба $h$ уменьшается. Это приводит к уменьшению скорости $v$ и, как следствие, к уменьшению реактивной силы $F$.

Так как реактивная сила, отклоняющая трубку, становится меньше, она уже не может удерживать трубку в максимально отклоненном положении. Трубка будет постепенно возвращаться в своё первоначальное вертикальное положение, и угол её отклонения будет уменьшаться.

Ответ: Положение резиновой трубки будет меняться – она будет постепенно возвращаться к вертикальному положению, её отклонение будет уменьшаться.