Надуйте воздушный шарик и крепко его завяжите. Положите в любую ёмкость. Вначале облейте его водой, охлаждённой в морозильной камере до 5 °С, затем горячей водой (70 °С). Дайте объяснение наблюдаемому явлению.

Для объяснения наблюдаемого явления в этой задаче потребуется привлечь знания из разделов физики, посвящённых газам, термодинамике и тепловому расширению.

1. Объем и давление газа. Закон Шарля. Воздушный шарик представляет собой оболочку, внутри которой находится воздух. Этот воздух ведёт себя в соответствии с законами, описывающими поведение газов. Одним из таких законов является закон Шарля, который утверждает, что при постоянном давлении объем газа пропорционален его абсолютной температуре: $$ \frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}, $$ где $V_1$ и $V_2$ — объемы газа при температурах $T_1$ и $T_2$ соответственно. Температура газа должна быть измерена в абсолютной шкале (кельвинах): $T = t + 273$, где $t$ — температура в градусах Цельсия.

Это означает, что при нагревании газа его объем увеличивается, а при охлаждении — уменьшается, если давление остаётся неизменным.

1. Теплопередача.
   Когда шарик омывается водой разной температуры, происходит процесс теплопередачи между водой и воздухом внутри шарика через его оболочку. В случае охлаждённой воды (5 °С) тепло от воздуха внутри шарика передаётся наружу, что приводит к понижению температуры воздуха внутри шарика. В случае горячей воды (70 °С) тепло от воды передаётся внутрь шарика, нагревая воздух.

2. Поведение оболочки шарика (эластичность).
   Шарик изготовлен из эластичной резины или латекса, который может растягиваться или сжиматься в зависимости от давления газа внутри. Когда воздух внутри шарика нагревается, его объем увеличивается, что растягивает оболочку. При охлаждении объем воздуха уменьшается, и оболочка сжимается.

3. Давление газа внутри шарика. Закон Бойля−Мариотта.
   Если объем шарика изменяется, это может повлиять на давление газа внутри шара. Закон Бойля−Мариотта утверждает, что при постоянной температуре давление газа обратно пропорционально его объему:
   $$ P_1 V_1 = P_2 V_2, $$
   где $P_1$ и $P_2$ — давление газа при объемах $V_1$ и $V_2$. Однако в данном случае давление внутри и снаружи шарика будет стремиться к выравниванию, а основное изменение будет связано с температурой газа.

4. Применение к наблюдаемому явлению.
   Когда вы обливаете шарик водой, охлаждённой до 5 °С, температура воздуха внутри шарика снижается. В результате уменьшается кинетическая энергия молекул газа, плотность газа возрастает, а его объем уменьшается. Это приводит к сжатию шарика.
   Когда вы обливаете шарик горячей водой при 70 °С, температура воздуха внутри шарика возрастает. Молекулы газа начинают двигаться быстрее, их кинетическая энергия увеличивается, давление внутри шарика повышается, и объем воздуха увеличивается. Оболочка шарика растягивается, и его размер увеличивается.

Таким образом, наблюдаемое явление связано с изменением температуры воздуха внутри шарика, что, в свою очередь, вызывает изменение его объема в соответствии с термодинамическими законами.