Задание №5 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
В первом случае стеклянную пластину поднимают с сухой поверхности стола, во втором – с поверхности воды в сосуде. Различаются ли приложенные в начале подъёма силы?
Силы не различаются, так как масса пластины не изменяется.
Когда пластину поднимают с поверхности воды, прикладываемая сила меньше, так как на пластину дополнительно действует выталкивающая сила со стороны воды.
Когда пластину поднимают с поверхности воды, прикладываемая сила больше, так как между пластиной и водой дополнительно действует межмолекулярные силы притяжения.
Когда пластину поднимают с поверхности воды, прикладываемая сила больше, так как пластина более тяжёлая из-за налипшей к её нижней поверхности воды.
Правильный ответ
3
Пояснение
Решение.
Для того чтобы ответить на вопрос задачи, проанализируем физические взаимодействия, возникающие в обоих случаях.
1. Первый случай (сухая поверхность): При подъёме стеклянной пластины с сухой поверхности стола нам необходимо преодолеть только силу тяжести, действующую на пластину: . Между сухими твёрдыми поверхностями (стеклом и столом) силы межмолекулярного притяжения пренебрежимо малы из-за наличия микроскопических неровностей и слоя воздуха, которые не позволяют молекулам сблизиться на расстояние, достаточное для возникновения заметного притяжения.
2. Второй случай (поверхность воды): Когда пластина лежит на поверхности воды, она смачивается ею. Молекулы воды и молекулы стекла сближаются на очень малые расстояния (порядка размеров самих молекул). На таких расстояниях начинают действовать значительные силы межмолекулярного притяжения.
3. Сравнение сил: В момент отрыва пластины от воды нам нужно преодолеть не только силу тяжести , но и силу притяжения между молекулами воды и стекла (а также силу поверхностного натяжения воды). Следовательно, прикладываемая внешняя сила будет заметно больше, чем в первом случае: .
4. Анализ вариантов:
— Вариант 1 неверен, так как не учитывает взаимодействие с жидкостью.
— Вариант 2 неверен, так как выталкивающая сила (сила Архимеда) действует на тело, погружённое в жидкость, а здесь пластина находится на поверхности и удерживается силами сцепления.
— Вариант 3 верно описывает физическую причину: увеличение силы из-за межмолекулярного притяжения.
— Вариант 4 неверен, так как основное сопротивление возникает именно в момент отрыва из-за притяжения молекул, а не из-за веса капель воды, которые могут остаться на пластине после.
Таким образом, при подъёме пластины с поверхности воды требуется большая сила из-за межмолекулярного взаимодействия.
Ответ: 3
Источник: ФИПИ