Задание №3 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
В полиэтиленовом пакете проделали небольшое отверстие, налили в пакет воды и наблюдали, как вода вытекает из отверстия. Затем пакет с водой подбросили вверх и наблюдали, что в процессе падения вода из отверстия не вытекала. Какое явление демонстрирует этот опыт?
перегрузка
невесомость
сопротивление воздуха
сопротивление воды
Правильный ответ
2
Пояснение
Решение.
Для того чтобы ответить на вопрос задачи, проанализируем физические условия, в которых находится пакет с водой в разные моменты времени.
1. Когда пакет неподвижен: На воду внутри пакета действует сила тяжести и сила реакции опоры (стенок пакета). Из-за давления столба жидкости (гидростатического давления), обусловленного весом воды, вода вытекает через отверстие под действием силы тяжести.
2. Когда пакет находится в свободном падении (после подбрасывания): Как только пакет оказывается в воздухе, на него и на воду внутри него действует только сила тяжести (если пренебречь сопротивлением воздуха). Это означает, что и пакет, и вода движутся с одинаковым ускорением — ускорением свободного падения .
3. Состояние невесомости: Невесомость — это состояние, при котором тело движется только под действием силы тяжести и не оказывает давления на опору или подвес. В этом состоянии вес тела (сила, с которой тело давит на опору) равен нулю: .
4. Применение к задаче: Поскольку в процессе падения вода и пакет движутся с одинаковым ускорением, вода перестаёт давить на стенки пакета и на его дно. Гидростатическое давление внутри жидкости исчезает, так как оно напрямую зависит от веса слоёв жидкости. Следовательно, исчезает причина, по которой вода выталкивалась через отверстие. Это явление называется невесомостью.
Таким образом, отсутствие вытекания воды при свободном падении наглядно демонстрирует переход системы в состояние невесомости.
Ответ: 2
Источник: ФИПИ