ID: 00015598
В цилиндрическом сосуде под лёгким поршнем находится газ. Поршень может перемещаться в сосуде без трения. На дне сосуда лежит стальной шарик (см. рисунок). Газ охладили. Как изменится в результате этого объём газа, его давление и действующая на шарик архимедова сила?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличится;
2) уменьшится;
3) не изменится.
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Источник: ФИПИ
Идея. Поршень свободен — давление газа постоянно: $p=p_{\text{атм}}+\dfrac{mg}{S}=\text{const}$, процесс изобарный. Архимедова сила $F_A=\rho_{\text{газа}}gV_{\text{шар}}$, $\rho_{\text{газа}}=\dfrac{p\mu}{RT}$, $V_{\text{шар}}=\text{const}$.
Шаг 1. Объём. При $p=\text{const}$ объём пропорционален температуре ($V\propto T$). Газ охладили — $V$ уменьшается. Уменьшится → 2.
Шаг 2. Давление. Свободный поршень удерживает давление постоянным. Не изменится → 3.
Шаг 3. Сила Архимеда. $F_A\propto\rho_{\text{газа}}=\dfrac{p\mu}{RT}$. Давление постоянно, температура уменьшилась — плотность газа выросла, значит и сила выросла. Увеличится → 1.