Задание №19 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для ответа на вопрос задачи проанализируем условие равновесия воздуха внутри трубки и уровни давлений.

1. Условие равновесия. Внутри трубки находится воздух, который был там до погружения. Когда трубку опускают в воду, вода заходит внутрь на некоторую высоту, сжимая этот воздух. Давление воздуха внутри трубки $P_{возд}$ уравновешивается внешним давлением на уровне раздела сред (вода-воздух внутри трубки). Согласно закону Паскаля, это давление складывается из атмосферного давления $P_{атм}$ и гидростатического давления столба воды $P_{гидр} = \rho g h$, где $h$ — глубина погружения уровня воды в трубке относительно поверхности воды в сосуде.

2. Связь давлений. Уравнение баланса давлений выглядит так: $P_{возд} = P_{атм} + \rho g h$. Из этого уравнения видно, что давление воздуха внутри трубки всегда больше атмосферного давления на величину давления столба воды над уровнем раздела.

3. Анализ изменений. Если атмосферное давление $P_{атм}$ уменьшается, то внешнее давление, действующее на воздух в трубке со стороны воды, также начинает уменьшаться. Согласно закону Бойля-Мариотта (при постоянной температуре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная: $P \cdot V = const$), при уменьшении внешнего давления газ внутри трубки начнет расширяться, чтобы его внутреннее давление $P_{возд}$ также понизилось до нового значения равновесия.

4. Вывод. Расширяясь, воздух будет вытеснять воду из трубки вниз. Следовательно, уровень воды внутри трубки понизится (расстояние от открытого конца трубки до поверхности воды внутри неё станет меньше).

Ответ: уровень воды в трубке понизится.

Источник: ФИПИ