Задание №3 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для того чтобы понять, какая физическая величина удерживает линейку, проанализируем условия опыта по шагам.

1. Анализ ситуации без газеты: Когда линейка просто лежит на краю стола, её удерживает только сила тяжести, действующая на ту часть, которая находится на столе. Поскольку линейка уравновешена на грани падения, даже небольшое внешнее усилие на свободный конец создаёт вращающий момент, который легко опрокидывает её.

2. Роль газетного листа: Когда мы накрываем часть линейки разглаженным газетным листом, площадь поверхности, на которую может давить воздух, значительно увеличивается. Газета плотно прилегает к столу и линейке, поэтому под ней практически нет воздуха.

3. Действие атмосферы: На верхнюю поверхность газеты давит атмосферный воздух. Сила этого давления $F$ рассчитывается по формуле:
$F = p \cdot S$,
где $p$ — атмосферное давление (около $10^{5}$ Па), а $S$ — площадь газетного листа.
Даже для обычного газетного листа площадью около $0,25$ м² сила давления атмосферы составит:
$F = 100\,000 \text{ Па} \cdot 0,25 \text{ м}^{2} = 25\,000 \text{ Н}$.
Это эквивалентно весу груза массой $2,5$ тонны!

4. Почему линейка ломается: При резком ударе воздух не успевает мгновенно подтечь под газету, чтобы уравновесить давление сверху. Огромная сила атмосферного давления «прижимает» газету и лежащий под ней конец линейки к столу настолько сильно, что линейка не может подняться и просто переламывается в месте опоры под действием силы удара.

Таким образом, ключевым фактором в данном опыте является действие атмосферного давления на большую площадь поверхности газеты.

Ответ: 4

Источник: ФИПИ