Налейте в чайное блюдце воду. Возьмите кусок бумаги, сомните его и положите на середину поверхности воды. Зажгите бумагу и, когда она хорошо разгорится, накройте её чайным стаканом. Объясните наблюдаемое явление.

Чтобы объяснить наблюдаемое явление, необходимо рассмотреть несколько физических процессов, включая тепловые, газовые и динамические аспекты. Вот подробное теоретическое пояснение:

1. Горение бумаги и выделение энергии:

   • Когда бумага загорается, происходят химические реакции между молекулами целлюлозы (основного компонента бумаги) и кислородом воздуха. Это называется процессом горения. Во время горения выделяется тепло, свет и газообразные продукты, такие как углекислый газ ($CO_2$) и водяной пар ($H_2O$).

2. Изменение температуры и давления внутри стакана:

   • Когда бумага горит, она выделяет тепло, быстро нагревая воздух внутри стакана. Согласно закону теплового расширения, при нагревании молекулы воздуха начинают двигаться быстрее, что приводит к увеличению давления внутри стакана, если стакан закрыт и герметичен.

3. Потребление кислорода во время горения:

   • Для процесса горения требуется наличие кислорода. Когда стакан накрывает горящую бумагу, доступ кислорода к зоне горения ограничивается. В результате количество кислорода внутри стакана уменьшается, и горение постепенно прекращается. После окончания горения внутри стакана остается смесь углекислого газа и водяного пара, а концентрация кислорода резко падает.

4. Охлаждение воздуха и падение давления:

   • После того, как бумага перестает гореть, воздух и продукты горения внутри стакана начинают остывать. Согласно законам термодинамики, охлаждение газа приводит к уменьшению его объема и, следовательно, к падению давления. Так как давление внутри стакана становится ниже атмосферного, возникает разница давлений.

5. Взаимодействие воды и разницы давлений:

   • Вода действует как герметизирующий слой между краем стакана и блюдцем. Внешнее атмосферное давление, которое больше внутреннего давления в стакане, начинает "вталкивать" воду внутрь стакана, чтобы компенсировать разницу давлений. Этот процесс объясняется принципом Паскаля: давление передается по всем направлениям в жидкости.

6. Роль герметизации:

   • Если стакан плотно прилегает к поверхности воды, он создаёт герметичное пространство. Вода может подниматься внутрь, создавая впечатление "засасывания". Это явление связано с тем, что внешнее давление воздуха больше, чем давление внутри стакана.

Таким образом, наблюдаемое явление — это результат взаимодействия тепловых процессов во время горения, динамики газов (расширение и сжатие в зависимости от температуры), изменения давления и принципа равновесия жидкостей в условиях разницы давлений.