Номер 1, страница 74 - гдз по физике 7 класс обучающая тетрадь Шабусов, Дубина

1. Домашний эксперимент (желательно эксперимент снять на видеокамеру). Налейте в пластиковую бутылку (1,5–2 л) стакан горячей воды. Через минуту плотно закрутите крышку. Подождите, пока вода остынет. Опишите, что произошло, и дайте этому объяснение.

Решение

При выполнении этого эксперимента можно наблюдать следующее явление: по мере того как горячая вода и находящаяся над ней смесь воздуха и пара внутри плотно закрытой пластиковой бутылки остывают, стенки бутылки начинают втягиваться внутрь, и бутылка деформируется (сплющивается).

Этому есть следующее физическое объяснение:

1. Когда в бутылку наливают горячую воду, она интенсивно испаряется. В результате пространство над водой заполняется смесью воздуха и большого количества водяного пара. Кроме того, воздух в бутылке нагревается.

2. После того как бутылку плотно закрывают, система становится герметичной. В начальный момент давление внутри бутылки ($p_{вн}$) приблизительно равно внешнему атмосферному давлению ($p_{атм}$).

3. Когда бутылка начинает остывать, температура газовой смеси внутри нее понижается. Это приводит к двум эффектам:

а) Конденсация пара: Водяной пар, охлаждаясь, переходит из газообразного состояния в жидкое (конденсируется в капельки воды на стенках). Объем, занимаемый жидкостью, ничтожно мал по сравнению с объемом, который занимал пар. Это приводит к резкому уменьшению количества газообразного вещества в бутылке.

б) Охлаждение воздуха: Оставшийся воздух также остывает. Согласно уравнению состояния идеального газа, при постоянном объеме и количестве вещества давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре ($p \sim T$). Следовательно, при охлаждении воздуха его давление падает.

4. Оба этих фактора, особенно конденсация пара, приводят к значительному понижению давления внутри бутылки. Давление снаружи (атмосферное) остается неизменным, и теперь оно намного больше, чем давление внутри. Возникшая разность давлений $\Delta p = p_{атм} - p_{вн}$ создает силу, действующую на стенки бутылки и направленную внутрь. Под действием этой силы гибкие стенки пластиковой бутылки сжимаются.

Ответ: Когда бутылка остывает, водяной пар внутри нее конденсируется, а воздух охлаждается. Это вызывает значительное падение давления внутри бутылки. Внешнее атмосферное давление, которое теперь намного выше внутреннего, сжимает и деформирует бутылку.