Яку концентрацію повітря на глибині 3 метри матиме пробірка, яку перевернули догори дном і занурили у воду? Температура

Для решения данной задачи, сначала нам необходимо использовать законы газовой физики. Главным законом, который мы будем использовать, является закон Бойля-Мариотта, который гласит, что при постоянной температуре количество газа обратно пропорционально его объему.

Мы знаем, что пробирка была перевернута догори дном и занурена в воду. Это означает, что поверхность воды стоит на высоте 3 метра над пробиркой. Воздух в пробирке начнет сжиматься из-за давления воды сверху.

Также нам дано, что температура воды и воздуха одинакова и равна 20°C. Подобные условия позволяют нам считать, что погрешность вызванная различием плотности воздуха при разных температурах будет минимальной, что позволит нам пренебречь ею при решении задачи.

Теперь мы можем перейти к решению:

1. Найдем атмосферное давление на поверхности воды. Для этого мы используем формулу давления жидкости:
\(P = \rho g h\), где \(P\) - давление, \(\rho\) - плотность жидкости, \(g\) - ускорение свободного падения, \(h\) - высота столба жидкости.

По данным условиям, плотность воды приближенно равна 1000 кг/м³, ускорение свободного падения \(g\) примем равным 9,8 м/с². Высота столба воды равна 3 метрам.

Подставляя данные в формулу, получаем:
\(P = 1000 \cdot 9,8 \cdot 3 = 29400\) Па.

2. Теперь мы можем найти концентрацию воздуха в пробирке. Для этого мы воспользуемся законом Бойля-Мариотта:

\(P_1 \cdot V_1 = P_2 \cdot V_2\), где \(P_1\) и \(P_2\) - давления воздуха до и после сжатия соответственно, \(V_1\) и \(V_2\) - объемы воздуха до и после сжатия соответственно.

Поскольку концентрация воздуха в пробирке изначально равна концентрации воздуха в окружающей среде, можем считать, что \(P_1\) равняется атмосферному давлению, а \(V_1\) равняется объему пробирки.

После сжатия, давление воздуха в пробирке будет равно сумме атмосферного давления и давления столба воды, а объем воздуха будет равен объему пробирки:
\(P_2 = P_1 + P = 101325 + 29400 = 130725\) Па,
\(V_2 = V_1\).

Подставляя значения в формулу, имеем:
\(P_1 \cdot V_1 = P_2 \cdot V_2\),
\(101325 \cdot V_1 = 130725 \cdot V_1\).

Получаем, что концентрация воздуха в пробирке остается прежней, поскольку объемы до и после сжатия равны.

Таким образом, концентрация воздуха в пробирке после того, как ее перевернуть догори дном и занурить в воду, останется такой же, как и в окружающей среде.