Домашнее задание, страница 124 - гдз по физике 7 класс учебник Исаченкова, Громыко

Домашнее задание

Налейте в пластиковую бутылку горячей воды. Через минуту вылейте воду и закройте бутылку крышкой. Бутылку охладите. Объясните причину дефор-мации бутылки.

Решение

Когда в пластиковую бутылку наливают горячую воду, воздух внутри неё, а также сами стенки бутылки, нагреваются. Кроме того, часть горячей воды испаряется, насыщая внутреннее пространство бутылки водяным паром.

В момент, когда воду выливают и бутылку герметично закрывают крышкой, внутри оказывается запертым горячий влажный воздух. Давление внутри бутылки в этот момент примерно равно внешнему атмосферному давлению, поэтому форма бутылки не изменяется.

При последующем охлаждении бутылки происходят два ключевых процесса. Во-первых, водяной пар, находящийся внутри, охлаждается и конденсируется, превращаясь в капельки воды. Газообразная вода занимает значительно больший объем, чем жидкая, поэтому конденсация приводит к резкому уменьшению количества вещества в газовой фазе и, как следствие, к падению давления внутри бутылки. Во-вторых, воздух, оставшийся внутри бутылки, также охлаждается. Согласно уравнению состояния идеального газа, при постоянном объеме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре. Для воздуха это можно записать как $p / T = \text{const}$. Следовательно, при понижении температуры $T$ воздуха его давление $p$ также уменьшается.

В результате этих двух процессов суммарное давление газа внутри бутылки ($p_{вн}$) становится значительно ниже, чем давление снаружи ($p_{атм}$), которое остается постоянным. Возникает разница давлений $\Delta p = p_{атм} - p_{вн}$.

Эта разница давлений создает силу, направленную внутрь и действующую на стенки бутылки. Атмосферное давление снаружи буквально сжимает (сплющивает) бутылку, так как внутреннее давление уже не может ему противостоять. Именно эта сила и является причиной наблюдаемой деформации.

Ответ:

Деформация бутылки происходит из-за того, что после её герметичного закрытия и последующего охлаждения давление внутри неё становится значительно ниже атмосферного давления снаружи. Падение внутреннего давления обусловлено двумя причинами: конденсацией водяного пара (превращением его в воду) и охлаждением находящегося внутри воздуха. Возникшая разница давлений создает направленную внутрь силу, которая сжимает бутылку.