а) Почему свежее яйцо тонет в воде, а испорченное всплывает? При возможности проверьте на опыте.
б) Как заставить всплыть яйцо, погружённое в банку с водой, не прикасаясь руками ни к яйцу, ни к банке?
Свежие яйца тонут, т.к. плотность яйца больше плотности воды.
Когда яйцо начинает портиться, под скорлупой начинает выделяться газ из−за возникшего процесса гниения. Газ сам по себе легкий, но также влияет на плотность яйца. Скорлупа имеет пористую структуру, что позволяет сероводороду выделяться в окружающую среду. Когда достаточное количество газа выходит, плотность яйца становится меньше и яйцо при опускании в воду всплывает.
Это можно сделать, растворив в воде большое количество соли (соль можно всыпать в сосуд, не прикасаясь к нему руками). Как только плотность солевого раствора станет больше средней плотности яйца, оно всплывет.
Для решения этих вопросов потребуется понимание некоторых ключевых физических принципов, таких как плотность вещества, силы Архимеда и взаимодействие вещества с жидкостью. Разберем теоретическую часть подробно:
Плотность вещества:
Каждый предмет, включая яйцо, обладает определенной плотностью. Плотность ($\rho$) определяется как масса ($m$) тела, деленная на его объем ($V$):
$$
\rho = \frac{m}{V}.
$$
Если плотность объекта больше плотности воды ($\rho_{\text{вода}} \approx 1000 \, \text{кг/м}^3$ при стандартных условиях), то объект тонет. Если плотность меньше, объект всплывает.
Что происходит внутри яйца:
Свежее яйцо имеет высокую плотность, так как оно содержит воду, белок и желток. Эти вещества плотно упакованы в скорлупе, и их плотность превышает плотность воды. Со временем, когда яйцо портится, внутри него начинают происходить химические изменения: белок и желток разлагаются, выделяются газы, такие как сероводород ($H_2S$) и углекислый газ ($CO_2$). Эти газы образуют пузырьки, которые заполняют внутреннее пространство яйца и уменьшают его плотность. Плотность испорченного яйца может стать меньше плотности воды, поэтому оно всплывает.
Сила Архимеда:
На яйцо, погруженное в воду, действует сила Архимеда. Эта сила возникает из−за разности давления воды на нижнюю и верхнюю части яйца, и ее величина равна весу вытесненной яйцом воды:
$$
F_\text{Арх} = \rho_\text{вода} \cdot g \cdot V_\text{яйца},
$$
где $g$ — ускорение свободного падения ($9.8 \, \text{м/с}^2$), а $V_\text{яйца}$ — объем яйца. Если сила тяжести яйца ($F_\text{тяж} = m_\text{яйца} \cdot g$) превышает силу Архимеда, яйцо тонет. В случае испорченного яйца его масса уменьшается из−за выделившихся газов, и сила Архимеда становится достаточной для того, чтобы яйцо всплыло.
Плотность воды:
Всплытие яйца можно обеспечить, изменив плотность воды в банке. Если плотность воды станет больше плотности яйца, то яйцо всплывет, согласно закону Архимеда. Это можно сделать, растворив в воде какое−либо вещество, которое увеличит ее плотность.
Растворы с высокой плотностью:
Одним из простых способов увеличения плотности воды является добавление соли. Когда соль растворяется в воде, плотность воды увеличивается, так как масса растворенного вещества добавляется к массе воды. Таким образом, плотность солёной воды может стать больше плотности яйца, и яйцо начнет всплывать.
Это связано с тем, что сила Архимеда ($F_\text{Арх}$) прямо пропорциональна плотности жидкости ($\rho_{\text{жидкость}}$):
$$
F_\text{Арх} = \rho_\text{жидкость} \cdot g \cdot V_\text{яйца}.
$$
Увеличение $\rho_\text{жидкость}$ приводит к увеличению силы Архимеда, что заставляет яйцо всплыть.
Итак, тонет или всплывает яйцо в воде — это вопрос соотношения плотности яйца и плотности жидкости. В первом задании причина всплытия испорченного яйца — уменьшение его плотности, а во втором — увеличение плотности воды за счет добавления соли.
Пожауйста, оцените решение
