Номер 288, страница 75 - гдз по физике 7 класс сборник задач Исаченкова, Гладков

Решение

Для объяснения этого феномена необходимо обратиться к закону Паскаля и физическим свойствам жидкостей и газов.

1. Сжимаемость вещества. В пустой бутылке находится воздух. Газы обладают высокой сжимаемостью. Когда происходит удар по пробке, объем воздуха немного уменьшается (воздух сжимается), что амортизирует (смягчает) удар. Энергия удара расходуется на сжатие газа, и резкого скачка давления на стенки бутылки не происходит.

2. Закон Паскаля. Вода, как и большинство жидкостей, является практически несжимаемой. Когда бутылка наполнена водой доверху и закрыта пробкой, жидкости некуда деваться. При ударе по пробке с силой $\text{F}$ создается дополнительное давление $\text{P}$, которое рассчитывается по формуле:

$$P = \frac{F}{S}$$

где $\text{S}$ — площадь сечения пробки.

Согласно закону Паскаля, давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Это значит, что огромное давление, возникшее под пробкой в момент удара, мгновенно передается на все стенки и дно бутылки.

Стекло хорошо сопротивляется сжатию, но плохо работает на разрыв. Внутреннее давление начинает «распирать» бутылку изнутри. Так как площадь внутренней поверхности бутылки многократно превышает площадь пробки, суммарная сила, действующая на стенки, оказывается разрушительной. Это явление часто называют «гидравлическим ударом» в замкнутом объеме.

Ответ: Бутылка с водой разбивается из-за того, что вода практически несжимаема и передает внешнее давление, созданное ударом, одинаково во все стороны (по закону Паскаля). Это создает огромную нагрузку на стеклянные стенки изнутри, что приводит к их разрушению. В пустой бутылке воздух сжимается и гасит силу удара.