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:
$P=\rho gh$, 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.