Номер 4, страница 13 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

4. Почему стеклянную хорошо притёртую пробку трудно вынуть из горлышка стеклянного флакона?

Трудность извлечения хорошо притёртой стеклянной пробки из горлышка стеклянного флакона объясняется совокупным действием двух основных физических явлений: силы атмосферного давления и сил межмолекулярного взаимодействия.

1. Атмосферное давление.
Когда пробку плотно вставляют в горлышко, воздух, находящийся внутри флакона, оказывается изолированным от внешней среды. Если после закупоривания температура воздуха внутри флакона понизится (например, флакон остынет до комнатной температуры после того, как его держали в руках, или если содержимое изначально было теплым), то, согласно газовому закону Шарля ($p/T = const$ при постоянном объеме), давление воздуха внутри ($p_{вн}$) также уменьшится. В результате внешнее атмосферное давление ($p_{атм}$) становится больше внутреннего. Эта разность давлений создает силу, направленную внутрь флакона и прижимающую пробку. Величина этой силы $F$ рассчитывается как произведение разности давлений на площадь поперечного сечения пробки $S$:
$F = (p_{атм} - p_{вн}) \cdot S$.
Учитывая, что атмосферное давление велико (около 101 325 Па), даже небольшая разница давлений может создать значительную удерживающую силу.

2. Межмолекулярное притяжение.
Определение "хорошо притёртая" означает, что поверхности пробки и внутренней части горлышка очень гладкие и идеально подогнаны друг к другу. Из-за этого молекулы на поверхности пробки и горлышка оказываются на чрезвычайно малом расстоянии друг от друга. На таких расстояниях (сопоставимых с размерами самих молекул) становятся существенными силы межмолекулярного притяжения (силы Ван-дер-Ваальса). Эти силы сцепления (адгезии) действуют между молекулами стекла пробки и стекла горлышка, фактически "склеивая" их. Это явление подобно тому, как слипаются два плоских полированных стекла, если их сильно прижать друг к другу.

Таким образом, чтобы вынуть пробку, необходимо приложить усилие, достаточное для преодоления как силы, создаваемой разностью давлений, так и суммарной силы межмолекулярного сцепления.

Ответ: Стеклянную хорошо притёртую пробку трудно вынуть из горлышка флакона из-за совместного действия двух факторов: 1) силы атмосферного давления, которая вдавливает пробку внутрь, если давление в флаконе становится ниже атмосферного (например, при остывании); 2) сил межмолекулярного притяжения, возникающих между очень гладкими и близко расположенными поверхностями пробки и горлышка.