Налейте в стакан воды, закройте листом бумаги и, поддерживая лист рукой, переверните стакан вверх дном. Если теперь отнять руку от бумаги (рис.133), то вода из стакана не выльется. Бумага остаётся как бы приклеенной к краю стакана. Почему? Ответ обоснуйте.

рис. 133

Для объяснения описанного явления необходимо рассмотреть несколько физических закономерностей, связанных с атмосферным давлением, гидростатическим давлением, а также взаимодействиями жидкости и воздуха.

1. Атмосферное давление

Атмосферное давление — это сила, с которой воздух давит на поверхность. Воздух, окружающий нас, обладает массой и под действием силы тяжести создаёт давление на любые объекты. Уровень атмосферного давления на поверхности Земли в среднем составляет около 101325 Па (паскалей), или 760 мм ртутного столба. Это давление действует на все предметы, включая лист бумаги.

2. Гидростатическое давление воды

Когда стакан наполнен водой, эта жидкость также оказывает давление, называемое гидростатическим. Гидростатическое давление возникает из−за веса жидкости и действует на поверхности, ограничивающие жидкость. Его величина определяется формулой:

$$ P = \rho g h $$

где:
− $P$ — гидростатическое давление,
− $\rho$ — плотность жидкости (для воды $\rho \approx 1000 \, \text{кг/м}^3$),
− $g$ — ускорение свободного падения ($g \approx 9.8 \, \text{м/с}^2$),
− $h$ — высота столба жидкости.

Однако в данном случае гидростатическое давление воды внутри стакана уравновешивается атмосферным давлением, действующим на лист бумаги снаружи.

3. Давление внутри перевёрнутого стакана

Когда стакан переворачивается и его содержимое (вода) остаётся внутри, лист бумаги блокирует выход жидкости. После переворота между поверхностью воды и листом бумаги остаётся небольшой объём воздуха. Этот воздух оказывает давление на воду внутри стакана. Если стакан плотно закрыт листом бумаги, воздуха внутри оказывается меньше, чем снаружи, и давление внутри стакана становится ниже атмосферного. При этом снаружи на лист бумаги действует атмосферное давление, которое значительно больше внутреннего давления.

4. Удержание воды в стакане

Когда вы убираете руку, державшую лист бумаги, атмосферное давление снаружи прижимает лист к краю стакана. Лист бумаги как бы "уравновешивает" силу тяжести, действующую на воду. Вода не выливается из стакана, потому что разница давлений (наружного атмосферного и внутреннего в стакане) создаёт силу, удерживающую лист бумаги и препятствующую выходу воды.

5. Сила сцепления между водой и листом бумаги

Кроме давления, важную роль играет сцепление между молекулами воды и материалом листа бумаги. Вода обладает свойством адгезии — прилипает к поверхности листа, что помогает удерживать его на месте.

Заключение

Вода остаётся в стакане и не выливается благодаря действию атмосферного давления на лист бумаги. Давление воздуха снаружи больше, чем давление воздуха внутри стакана, что создаёт разницу, достаточную для удержания листа бумаги и воды. Сила тяжести воды уравновешивается атмосферным давлением, которое действует на внешнюю поверхность листа, удерживая его на месте.