Номер 301, страница 78 - гдз по физике 7 класс сборник задач Исаченкова, Гладков

Решение

Данное явление объясняется существованием давления газа, которое описывается молекулярно-кинетической теорией.

В баллоне находится сжатый газ. Это означает, что плотность газа велика, и его молекулы расположены очень близко друг к другу. Молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении. Ударяясь о стенки сосуда и о поверхность поршня, они создают давление. Поскольку газ сжат, удары молекул происходят очень часто, что создает высокое давление $\text{p}$, значительно превышающее атмосферное.

Газ по трубке поступает в цилиндр под поршень. Согласно закону Паскаля, газ давит во все стороны одинаково, в том числе и на поршень снизу вверх. Сила давления газа $\text{F}$ определяется формулой:

$$F = p \cdot S$$

где $\text{S}$ — площадь поверхности поршня.

Эта сила давления $\text{F}$ направлена вверх. Так как давление газа велико, сила $\text{F}$ оказывается больше суммарной силы тяжести, действующей на поршень и гирю ($ ext{mg}$), и силы атмосферного давления сверху. В результате возникает равнодействующая сила, направленная вверх, которая и заставляет поршень подниматься. При этом внутренняя энергия расширяющегося газа переходит в механическую работу по подъему груза.

Ответ: Сжатый газ обладает большим внутренним давлением из-за частых ударов молекул. Это давление создает подъемную силу, превышающую вес поршня с грузом, в результате чего газ расширяется и совершает работу по подъему поршня.