Номер 5, страница 43 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

5. На весах уравновешены открытые бутылки с ацетоном и водой (рис. 67). Нарушится ли равновесие весов через некоторое время? Почему?

Рис. 67

Нарушится ли равновесие весов через некоторое время?

Да, равновесие весов нарушится.

Почему?

Равновесие будет нарушено из-за процесса испарения, скорость которого для ацетона и воды различна. Испарение — это переход вещества из жидкого состояния в газообразное, который происходит с открытой поверхности жидкости. Поскольку обе бутылки открыты, обе жидкости будут постепенно испаряться, что приведет к уменьшению их массы.

Ключевым фактором, определяющим скорость испарения при одинаковых условиях (температура, площадь поверхности, давление), является природа самой жидкости, а именно силы межмолекулярного взаимодействия. Ацетон — это летучая жидкость. Силы притяжения между его молекулами (диполь-дипольные взаимодействия) слабее, чем прочные водородные связи между молекулами воды. Поэтому молекулам ацетона требуется меньше энергии для того, чтобы покинуть поверхность жидкости.

Следовательно, ацетон испаряется значительно быстрее, чем вода. Это означает, что за один и тот же промежуток времени масса ацетона уменьшится на большую величину, чем масса воды.

Изначально весы уравновешены, то есть начальная масса бутылки с ацетоном $m_{а}$ равна начальной массе бутылки с водой $m_{в}$: $$ m_{а} = m_{в} $$

Через некоторое время масса испарившегося ацетона $\Delta m_{а}$ будет больше массы испарившейся воды $\Delta m_{в}$: $$ \Delta m_{а} > \Delta m_{в} $$

Новые массы бутылок станут $m'_{а} = m_{а} - \Delta m_{а}$ и $m'_{в} = m_{в} - \Delta m_{в}$. Так как из равных начальных масс вычитаются разные величины, причем $\Delta m_{а} > \Delta m_{в}$, то конечная масса бутылки с ацетоном станет меньше конечной массы бутылки с водой: $$ m'_{а} < m'_{в} $$

В результате этого чаша весов с ацетоном станет легче и поднимется, а чаша с водой опустится. Таким образом, первоначальное равновесие весов нарушится.

Ответ: Да, равновесие весов нарушится. Ацетон испаряется быстрее, чем вода, поэтому масса бутылки с ацетоном будет уменьшаться с большей скоростью. В результате чаша весов с ацетоном станет легче и поднимется.