Задание №3 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Разберём физические процессы, происходящие в данном опыте, поэтапно:

1. Когда бутылка открыта: На свободную поверхность воды сверху действует атмосферное давление $P_{атм}$. Также на воду действует гидростатическое давление $P_{гидр} = \rho \cdot g \cdot h$, обусловленное весом столба жидкости над отверстием. Снаружи, со стороны отверстия, также действует атмосферное давление. Поскольку давление внутри бутылки на уровне отверстия ($P_{атм} + P_{гидр}$) больше, чем внешнее атмосферное давление ($P_{атм}$), возникает разность давлений, под действием которой вода вытекает наружу.

2. Когда бутылку закрыли крышкой: Как только небольшое количество воды выливается, объём воздуха над водой в закрытой бутылке увеличивается, а его давление падает и становится меньше атмосферного. Теперь на воду изнутри давит разреженный воздух и столб жидкости, а снаружи (в отверстие) давит атмосферный воздух.

3. Условие равновесия: Вода перестаёт выливаться тогда, когда сумма давления воздуха внутри бутылки и гидростатического давления столба воды становится равной внешнему атмосферному давлению. Именно атмосферное давление, действующее на воду снаружи через отверстие, «удерживает» воду внутри, не давая ей вытекать, так как оно компенсирует внутреннее давление.

Таким образом, прекращение вытекания воды при закрытой крышке обусловлено действием атмосферного давления.

Ответ: 4

Источник: ФИПИ