Задание 8, страница 126 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Упражнение 24. § 25. Реактивное движение. Ракеты. Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел - страница 126.

Проделайте опыт, изображённый на рисунке 87. 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)

По мере вытекания воды из трубки дальность полёта струи будет уменьшаться.

Объяснение этого явления связано со скоростью истечения жидкости, которая зависит от высоты столба жидкости над отверстием. Согласно формуле Торричелли, скорость вытекающей струи $v$ пропорциональна корню квадратному из высоты столба жидкости $h$: $v = \sqrt{2gh}$, где $g$ – ускорение свободного падения. Когда мы перестаём лить воду, уровень воды в воронке и трубке начинает понижаться, то есть высота $h$ уменьшается. Уменьшение высоты столба воды приводит к уменьшению гидростатического давления и, как следствие, к уменьшению скорости истечения струи. Дальность полёта тела, брошенного горизонтально (чем в данном случае является струя воды), прямо пропорциональна его начальной скорости. Следовательно, по мере уменьшения скорости струи дальность её полёта также будет уменьшаться.

Ответ: Дальность полёта воды в струе будет уменьшаться.

б) положение резиновой трубки

По мере вытекания воды резиновая трубка будет постепенно возвращаться в своё первоначальное, менее отклонённое (ближе к вертикальному) положение.

Объяснение этого основано на третьем законе Ньютона. Отклонение резиновой трубки в сторону, противоположную направлению струи, вызвано силой реакции (реактивной силой). Эта сила равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой трубка действует на вытекающую воду. Величина этой реактивной силы $F$ пропорциональна произведению массового расхода воды и скорости её истечения, то есть $F \propto v^2$. Как было установлено в пункте а), скорость вытекающей воды $v$ уменьшается по мере понижения уровня воды в системе. Соответственно, реактивная сила, действующая на трубку, также будет уменьшаться. Уменьшение силы приведёт к тому, что упругая сила резины (и сила тяжести) будут возвращать трубку в её исходное положение равновесия, то есть угол отклонения трубки от вертикали будет уменьшаться.

Ответ: Отклонение резиновой трубки от вертикали будет уменьшаться, она будет возвращаться в исходное положение.