Номер 5, страница 48 - гдз по физике 7 класс тесты Шабусов, Батурчик

5. Если смятую пластиковую бутылку плотно завинтить крышкой и облить горячей водой, она распрямится. Это произойдет из-за того, что...

а) вода хороший растворитель;

б) водяной пар внутри бутылки испарится;

в) воздух внутри бутылки нагреется и его давление увеличится;

г) горячая вода снаружи оказывает меньшее давление;

д) движущаяся горячая вода увлекает за собой пластик.

Решение

Когда смятую пластиковую бутылку, плотно закрытую крышкой, обливают горячей водой, тепло от воды передается воздуху, находящемуся внутри бутылки. В соответствии с законами газовой термодинамики, при нагревании газа в замкнутом объеме его давление увеличивается. Это можно описать с помощью уравнения состояния идеального газа:

$PV = \nu RT$

где $\text{P}$ – давление, $\text{V}$ – объем, $\nu$ – количество вещества газа, $\text{R}$ – универсальная газовая постоянная, а $\text{T}$ – абсолютная температура. Поскольку бутылка закрыта, количество воздуха $\nu$ внутри нее постоянно. При нагревании температура $\text{T}$ воздуха возрастает, что приводит к увеличению давления $\text{P}$.

Это возросшее внутреннее давление становится больше внешнего атмосферного давления. Сила, создаваемая этим избыточным давлением, действует изнутри на стенки бутылки и заставляет их распрямляться.

Рассмотрим предложенные варианты ответа:

а) вода хороший растворитель;

Свойство воды как растворителя не имеет отношения к изменению формы бутылки под действием температуры.

б) водяной пар внутри бутылки испарится;

Формулировка некорректна. Испаряется вода, превращаясь в водяной пар. Если внутри бутылки и были капли воды, их испарение внесло бы лишь небольшой вклад в общее увеличение давления по сравнению с эффектом от нагрева всего объема воздуха.

в) воздух внутри бутылки нагреется и его давление увеличится;

Это утверждение точно описывает физическое явление. Нагрев воздуха внутри замкнутого объема приводит к увеличению его давления, что и расправляет бутылку.

г) горячая вода снаружи оказывает меньшее давление;

Давление, оказываемое тонким слоем горячей воды, пренебрежимо мало по сравнению с атмосферным давлением, которое действует на бутылку снаружи. Внешнее давление практически не меняется.

д) движущаяся горячая вода увлекает за собой пластик.

Механическое воздействие потока воды слишком слабо, чтобы расправить смятую бутылку. Основной эффект является тепловым, а не механическим.

Таким образом, единственно верным объяснением является нагрев воздуха внутри бутылки и последующее увеличение его давления.

Ответ: в) воздух внутри бутылки нагреется и его давление увеличится;