Номер 42, страница 14 - гдз по физике 7 класс сборник задач Исаченкова, Гладков

Стеклянная банка может треснуть, если в нее быстро налить кипяток, из-за явления, называемого термическим ударом. Причина кроется в физических свойствах стекла, в первую очередь — в его низкой теплопроводности и хрупкости.

Когда кипяток соприкасается с внутренней поверхностью холодной банки, этот слой стекла мгновенно нагревается до высокой температуры и, согласно законам теплового расширения, начинает быстро увеличиваться в объеме. Однако стекло является плохим проводником тепла, поэтому тепло от кипятка не успевает мгновенно передаться через всю толщу стенки к ее внешней поверхности. Внешний слой банки остается холодным и сохраняет свои первоначальные размеры.

В результате возникает значительная разница в степени расширения между внутренним и внешним слоями стекла. Расширяющийся внутренний слой оказывает сильное давление на холодный внешний слой. Это создает критическое внутреннее напряжение в материале. Так как стекло — хрупкий материал, оно плохо выдерживает деформации растяжения. Когда это напряжение превышает предел прочности стекла, материал разрушается, что мы и наблюдаем в виде трещин.

Величина линейного теплового расширения описывается формулой $ΔL = α \cdot L_0 \cdot ΔT$, где $ΔL$ — изменение длины, $L_0$ — начальная длина, $α$ — коэффициент линейного теплового расширения, а $ΔT$ — изменение температуры. Большая разница температур $ΔT$ между внутренней и внешней поверхностями стенки банки приводит к возникновению разрушающих напряжений.

Ответ: Стеклянная банка трескается из-за резкого и неравномерного нагрева её стенок. Внутренняя поверхность, соприкасаясь с кипятком, быстро расширяется, в то время как внешняя поверхность остается холодной и сохраняет свой размер из-за плохой теплопроводности стекла. Возникающее из-за этого внутреннее напряжение (термический стресс) превышает предел прочности хрупкого стекла, что приводит к его разрушению.