Задание №19 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для ответа на вопрос задачи проанализируем физические процессы, происходящие под колпаком.

1. Давление газа. Согласно закону Паскаля, газы оказывают давление по всем направлениям одинаково. Надутый и завязанный резиновый шарик находится в состоянии равновесия, когда давление воздуха внутри шарика $p_{внутр}$ уравновешивается внешним давлением воздуха под колпаком $p_{внеш}$ и силой упругости резиновой оболочки. Для упрощения (так как оболочка тонкая) можно считать, что $p_{внутр} \approx p_{внеш}$.

2. Накачка воздуха. При накачивании дополнительного воздуха под герметичный колпак увеличивается концентрация молекул газа в пространстве вокруг шарика. Согласно молекулярно-кинетической теории, это приводит к увеличению давления воздуха под колпаком, то есть $p_{внеш}$ растёт.

3. Изменение объёма. Так как внешнее давление на шарик становится больше внутреннего давления воздуха в шарике, нарушается равновесие сил. Внешний воздух начинает сжимать шарик. По закону Бойля-Мариотта (при постоянной температуре), произведение давления газа на его объём есть величина постоянная: $p \cdot V = const$. Следовательно, при увеличении внешнего давления объём воздуха внутри шарика будет уменьшаться до тех пор, пока внутреннее давление снова не сравняется с внешним.

Вывод: При накачивании воздуха под колпак внешнее давление увеличивается, что заставляет шарик сжиматься.

Ответ: Объём шарика уменьшится.

Источник: ФИПИ