Номер 5, страница 49 - гдз по физике 7 класс тесты Шабусов, Батурчик

5. Если пустую пластиковую бутылку плотно завинтить крышкой и вынести из теплого помещения на холодный воздух, то она сожмется. Это произойдет из-за того, что...

а) в холодном воздухе большое содержание кислорода;

б) в холодном воздухе нет водяного пара;

в) водяной пар внутри бутылки конденсируется (превратится в воду);

г) воздух внутри бутылки остынет и его давление уменьшится;

д) холодный воздух снаружи оказывает большее давление.

Когда пустую пластиковую бутылку, плотно закрытую в теплом помещении, выносят на холод, она сжимается. Это физическое явление объясняется законами термодинамики газов.

Состояние воздуха (который можно считать идеальным газом) внутри бутылки описывается уравнением состояния идеального газа: $PV = \nu RT$, где $\text{P}$ – давление газа, $\text{V}$ – его объем, $\nu$ – количество вещества (число молей), $\text{R}$ – универсальная газовая постоянная, а $\text{T}$ – абсолютная температура газа в Кельвинах.

Поскольку бутылка плотно закрыта, объем воздуха $\text{V}$ и количество вещества $\nu$ внутри нее остаются постоянными. В таком случае из уравнения состояния следует закон Шарля, который гласит, что для данного объема газа его давление прямо пропорционально абсолютной температуре: $P/T = \text{const}$.

Изначально, в теплом помещении, воздух внутри бутылки имеет температуру $T_1$ и давление $P_1$, которое равно внешнему атмосферному давлению. Когда бутылку выносят на холодный воздух, температура газа внутри падает до значения $T_2$ ($T_2 < T_1$). Согласно закону Шарля, давление внутри бутылки также пропорционально уменьшается до значения $P_2$ ($P_2 < P_1$).

В результате давление снаружи (атмосферное давление, примерно равное $P_1$) становится значительно больше, чем давление внутри бутылки ($P_2$). Эта разница давлений создает силу, направленную внутрь, которая действует на стенки бутылки и сжимает ее.

Рассмотрим предложенные варианты ответов:

а) в холодном воздухе большое содержание кислорода;

Это утверждение неверно. Относительное содержание кислорода в воздухе постоянно (около 21%) и не зависит от температуры. Плотность холодного воздуха выше, но это не является причиной сжатия бутылки.

б) в холодном воздухе нет водяного пара;

Это утверждение неверно. Холодный воздух способен удерживать меньше водяного пара, чем теплый, но он все равно присутствует. Состояние воздуха снаружи не является прямой причиной сжатия.

в) водяной пар внутри бутылки конденсируется (превратится в воду);

Это утверждение верно, и этот процесс вносит свой вклад. При охлаждении часть водяного пара в бутылке действительно конденсируется, превращаясь в жидкость. Это уменьшает количество газообразного вещества внутри и, следовательно, дополнительно снижает давление. Однако основной вклад в падение давления вносит охлаждение основных компонентов воздуха (азота и кислорода), поэтому это не является главной причиной.

г) воздух внутри бутылки остынет и его давление уменьшится;

Это утверждение является наиболее точным и полным объяснением. Охлаждение воздуха в замкнутом объеме ведет к прямому падению его давления. Именно это падение внутреннего давления по отношению к внешнему атмосферному давлению является первопричиной сжатия бутылки.

д) холодный воздух снаружи оказывает большее давление.

Это утверждение является следствием, а не причиной. Внешнее атмосферное давление не увеличивается само по себе из-за холода (его изменения связаны с погодными условиями). Оно становится *больше по сравнению с внутренним давлением*, потому что внутреннее давление упало. Таким образом, это утверждение описывает условие, при котором происходит сжатие, но не причину этого условия.

Таким образом, наиболее правильный ответ описывает первопричину явления — охлаждение воздуха внутри бутылки и последующее падение его давления.

Ответ: г