Как изменится объем пузырька воздуха при его подъеме со дна озера глубиной 20 м? - коротко
Объем пузырька воздуха увеличится при подъеме со дна озера из-за уменьшения внешнего давления. На глубине 20 м давление примерно в 3 выше атмосферного, поэтому при всплытии объем возрастет примерно в 3 раза.
Как изменится объем пузырька воздуха при его подъеме со дна озера глубиной 20 м? - развернуто
Изменение объема пузырька воздуха при его подъеме со дна озера глубиной 20 м определяется законами физики, в частности, законом Бойля-Мариотта. Этот закон гласит, что при постоянной температуре объем газа обратно пропорционален давлению, под которым он находится.
На дне озера на глубине 20 м пузырек испытывает давление, складывающееся из атмосферного давления и гидростатического давления водяного столба. Атмосферное давление на поверхности воды составляет примерно 101 325 Па (1 атм). Гидростатическое давление на глубине 20 м рассчитывается по формуле ( P = \rho \cdot g \cdot h ), где ( \rho ) — плотность воды (1000 кг/м³), ( g ) — ускорение свободного падения (9,81 м/с²), ( h ) — глубина (20 м). Таким образом, давление на дне озера составляет ( 101325 + 1000 \cdot 9,81 \cdot 20 \approx 101325 + 196200 = 297525 ) Па, что примерно соответствует 2,94 атм.
При подъеме пузырька давление уменьшается, и его объем увеличивается. Если предположить, что температура воды остается постоянной, то по закону Бойля-Мариотта ( P_1 V_1 = P_2 V_2 ), где ( P_1 ) и ( V_1 ) — давление и объем на глубине, ( P_2 ) и ( V_2 ) — давление и объем на поверхности. Подставляя значения, получаем ( 297525 \cdot V_1 = 101325 \cdot V_2 ). Отсюда ( V_2 = V_1 \cdot \frac{297525}{101325} \approx V_1 \cdot 2,94 ).
Это означает, что при подъеме со дна озера объем пузырька увеличится примерно в 2,94 раза. Однако в реальных условиях следует учитывать дополнительные факторы, такие как изменение температуры воды, возможное растворение газа в воде и поверхностное натяжение, но в первом приближении закон Бойля-Мариотта дает точную оценку.