Механика

Задание №19. Качественная Задача

№2. Задание 19

ID: 00048725

Нагретую пробирку поставили в налитую в блюдце воду вертикально открытым концом вниз. Изменится ли, и если изменится, то как, уровень воды в пробирке по мере её остывания? Ответ поясните.

Источник: ФИПИ

Решение

Что тут происходит: пробирку нагрели и поставили открытым концом в воду. В пробирке оказался заперт тёплый воздух: выйти он не может, новый не войдёт — мешает вода. Пробирка остывает, и нужно понять, что будет с водой в ней.

Шаг 1 — давление запертого воздуха при остывании. При охлаждении молекулы воздуха движутся медленнее, слабее и реже ударяют о стенки и о поверхность воды. Если бы объём не менялся, давление воздуха в пробирке уменьшалось бы вместе с температурой.

Шаг 2 — что давит на воду. Снаружи на поверхность воды в блюдце давит атмосфера. Внутри на воду в пробирке давит запертый воздух. Пока воздух горячий, эти давления уравновешены. Когда воздух остывает и его давление становится меньше атмосферного, атмосфера вталкивает воду из блюдца в пробирку.

Шаг 3 — до каких пор. Вода, заходя в пробирку, уменьшает объём воздуха и сжимает его, и давление воздуха от сжатия растёт. Вода поднимается, пока давление воздуха вместе с давлением поднявшегося столбика воды снова не сравняется с атмосферным.

Вывод: по мере остывания пробирки уровень воды в ней повышается.

Проверим себя обратным опытом: если пробирку снова подогреть, воздух в ней расширится и вытеснит часть воды обратно в блюдце — на этом работает простейший воздушный термометр.

Ответ

Изменится — уровень воды в пробирке повысится: остывая, запертый в пробирке воздух уменьшает давление, и атмосферное давление вталкивает воду из блюдца в пробирку.

Другие задания по теме «Механика» (8)