Номер 7, страница 175 - гдз по физике 9 класс учебник Шахмаев, Бунчук

Глава 9. Гидро- и аэростатика. Параграф 37. Закон Архимеда и его применение - номер 7, страница 175.

Условие.

*7. Французский философ Вольтер пытался взвесить воздух. Для этого он надул воздухом бычий пузырь, взвесил его, затем выпустил воздух из пузыря и снова взвесил. Пустой и наполненный воздухом пузыри весили одинаково, из чего Вольтер сделал вывод о невесомости воздуха. В чем его ошибка?

Решение.

Решение

Ошибка французского философа Вольтера заключалась в том, что он не учёл действие выталкивающей силы (силы Архимеда), которая действует на любое тело, погружённое в газ или жидкость. Окружающий воздух создаёт эту силу, которая направлена вертикально вверх и равна весу вытесненного телом воздуха.

Рассмотрим оба случая взвешивания:

1. Взвешивание надутого пузыря. На пузырь действуют три силы: сила тяжести самой оболочки пузыря, сила тяжести воздуха внутри него (обе направлены вниз) и выталкивающая сила со стороны окружающего воздуха (направлена вверх). Вес, который показывают весы, равен разности сил, действующих вниз и вверх. Так как объём надутого пузыря велик, то и выталкивающая сила, действующая на него, значительна. При этом вес воздуха внутри пузыря ($P_{внутри}$) оказывается практически равным выталкивающей силе ($F_A$), поскольку плотность воздуха внутри и снаружи примерно одинакова. Таким образом, весы показывают вес, приблизительно равный весу самой оболочки пузыря: $P_1 = (P_{оболочки} + P_{внутри}) - F_A \approx P_{оболочки}$.

2. Взвешивание сдутого пузыря. Когда воздух из пузыря выпустили, его собственный объём стал очень мал. Следовательно, выталкивающая сила, действующая на него, стала пренебрежимо малой. В этом случае весы показывают вес, практически равный весу оболочки: $P_2 \approx P_{оболочки}$.

Поскольку в обоих случаях весы показывали примерно одно и то же значение (вес оболочки), Вольтер сделал неверный вывод о невесомости воздуха. Он не понял, что вес воздуха внутри пузыря был скомпенсирован выталкивающей силой со стороны окружающего воздуха.

Ответ: Ошибка Вольтера состояла в том, что он не учёл действие выталкивающей силы Архимеда со стороны атмосферного воздуха. Эта сила, действуя на надутый пузырь, практически полностью уравновесила вес воздуха, находящегося внутри пузыря, что и привело к одинаковым результатам взвешивания.