Механика — Задание 19 ОГЭ по физике №00039939

Расставим действующих лиц. Колба наполовину налита водой и плотно закрыта пробкой. Над водой в колбе заперта порция воздуха — она была там при обычном атмосферном давлении $p_0$. Всю колбу поставили под колокол, из-под которого насос откачивает воздух.

Что держит пробку на месте. Пока колба стоит просто на столе, воздух давит на пробку с двух сторон одинаково: изнутри $p_0$ и снаружи $p_0$. Силы давления уравновешивают друг друга, и пробке нет причин двигаться.

Начинаем откачку. Под колоколом воздуха становится всё меньше, и давление снаружи $p_{\text{внеш}}$ падает. А внутри колбы воздух заперт — уйти ему некуда, его давление остаётся близким к $p_0$. Возникает перепад давлений.

Считаем силы. На пробку площадью $S$ изнутри действует сила $F_{\text{изн}}=p_0 S$, снаружи — $F_{\text{внеш}}=p_{\text{внеш}} S$. Равнодействующая направлена наружу и равна

$$F=(p_0-p_{\text{внеш}})S.$$

Чем дольше работает насос, тем меньше $p_{\text{внеш}}$ и тем больше эта выталкивающая сила. Удерживает пробку только трение о горлышко колбы, а его величина ограничена.

Чем всё кончится. В какой-то момент разность давлений станет больше, чем может выдержать трение, — и пробку вышибет из горлышка. Заодно, если откачивать долго, давление над водой в колбе после вылета пробки резко упадёт, и вода может закипеть даже при комнатной температуре: температура кипения снижается вместе с давлением.

Вывод. При откачивании воздуха из-под колокола пробка вылетит из колбы.