Номер 3, страница 84 - гдз по физике 7 класс обучающая тетрадь Шабусов, Дубина

3. Отвечаем на вопросы.

3.1. Действует ли атмосферное давление на дно аквариума? Ответ обоснуйте.

3.2. Почему при повышении влажности воздуха атмосферное давление уменьшается? Ответ обоснуйте.

3.3. Когда вы пьете коктейль, вы втягиваете его через трубочку. Почему коктейль поднимается вверх?

3.1. Действует ли атмосферное давление на дно аквариума? Ответ обоснуйте.

Да, атмосферное давление действует на дно аквариума. Атмосферный воздух давит на открытую поверхность воды в аквариуме. Согласно закону Паскаля, давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Следовательно, это атмосферное давление передается через толщу воды на дно и стенки аквариума. Таким образом, общее давление на дно аквариума складывается из двух составляющих: гидростатического давления столба воды и атмосферного давления.

Полное давление $\text{P}$ на дно рассчитывается по формуле: $P = P_{атм} + P_{гидр} = P_{атм} + \rho g h$, где $P_{атм}$ – атмосферное давление, $\rho$ – плотность воды, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, а $\text{h}$ – высота столба воды.

Ответ: Да, действует. Атмосферное давление давит на поверхность воды и, согласно закону Паскаля, передается через воду на дно аквариума.

3.2. Почему при повышении влажности воздуха атмосферное давление уменьшается? Ответ обоснуйте.

Атмосферное давление создается весом столба воздуха. Воздух представляет собой смесь газов, в основном азота ($N_2$) и кислорода ($O_2$). Повышение влажности означает, что в воздухе увеличивается содержание водяного пара ($H_2O$).

Сравним молярные массы этих газов:

• Молярная масса молекулы воды ($H_2O$) составляет примерно $\text{18}$ г/моль.
• Молярная масса молекулы азота ($N_2$) составляет примерно $\text{28}$ г/моль.
• Молярная масса молекулы кислорода ($O_2$) составляет примерно $\text{32}$ г/моль.

Молекула воды значительно легче основных составляющих сухого воздуха. Согласно закону Авогадро, в одинаковых объемах газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул. Когда влажность воздуха увеличивается, более легкие молекулы водяного пара вытесняют более тяжелые молекулы азота и кислорода. В результате средняя молярная масса воздуха уменьшается, и он становится менее плотным (более легким). Столб менее плотного, влажного воздуха оказывает меньшее давление на земную поверхность, чем столб более плотного, сухого воздуха.

Ответ: При повышении влажности более легкие молекулы воды ($M \approx 18$ г/моль) замещают в воздухе более тяжелые молекулы азота ($M \approx 28$ г/моль) и кислорода ($M \approx 32$ г/моль). Это приводит к уменьшению средней плотности воздуха, и, как следствие, веса воздушного столба, что и вызывает понижение атмосферного давления.

3.3. Когда вы пьете коктейль, вы втягиваете его через трубочку. Почему коктейль поднимается вверх?

Подъем коктейля по трубочке объясняется разницей давлений. Изначально, когда трубочка просто опущена в стакан, давление воздуха на поверхность коктейля в стакане и давление воздуха внутри трубочки одинаковы. Это атмосферное давление.

Когда вы начинаете втягивать воздух из трубочки, вы создаете во рту и в трубочке область пониженного давления. Давление внутри трубочки становится меньше атмосферного давления, которое продолжает действовать на поверхность жидкости в стакане. Эта разница давлений создает силу, которая "выталкивает" коктейль вверх по трубочке из области более высокого давления (в стакане) в область более низкого давления (внутри трубочки и во рту). Таким образом, не вы "втягиваете" жидкость, а атмосферное давление "заталкивает" ее вам в рот.

Ответ: Коктейль поднимается вверх из-за разницы давлений. Втягивая воздух, вы создаете в трубочке давление ниже атмосферного. Атмосферное давление, действующее на поверхность коктейля в стакане, становится больше давления внутри трубочки и выталкивает жидкость вверх.