Учёт гидростатического давления

Сжатие воздуха в сосуде, погружённом в воду

Рассмотрим следующую ситуацию. Пустую открытую стеклянную бутылку опускают в воду на глубину h.

1. Объясните, почему при погружении бутылки дном вниз воздух из неё выходит пузырьками и бутылка наполняется водой (рис. 46.1).

Рис. 46.1

2. Почему при этом бутылка сразу тонет?

3. Объясните, почему при погружении бутылки дном вверх воздух из неё не выходит (рис. 46.2).

Рис. 46.2

4. Объясните, почему при погружении бутылки дном вверх объём воздуха в ней уменьшается с увеличением глубины.

Обозначим плотность воды рв, внутренний объём бутылки ρ_в, объём содержащегося в ней воздуха V_возд, атмосферное давление р_а. Будем считать, что температура воздуха в бутылке остаётся постоянной.

5. Объясните, почему при погружении бутылки на глубину h справедливо уравнение

V_возд(p_а + ρ_вgh) = V₀p_а. (1)

6. Во сколько раз уменьшится объём воздуха в бутылке при погружении её на глубину 10 м?

7. Как изменяется действующая на бутылку с воздухом сила Архимеда при увеличении глубины?

8. Объясните, почему в данном случае при нахождении силы Архимеда объём погружённого в воду тела надо считать равным суммарному объёму стекла и воздуха в бутылке.

При некоторой глубине погружения сила Архимеда станет равной силе тяжести. При погружении на ещё большую глубину сила Архимеда будет уже меньше силы тяжести, поэтому бутылка с воздухом начнёт тонуть.

Поставим вопрос: можно ли пренебречь силой тяжести, действующей на воздух, по сравнению с силой тяжести, действующей на бутылку?

Продолжение >>>