Наибольший объем воздушного пузыря будет в трубке с самым низким уровнем воды. Почему?

Коротко: пузырь будет больше в той трубке, где уровень воды ниже. Это связано с гидростатическим давлением и законом Бойля. Пошагово: - Пузыри в воде находятся в равновесии с внешним давлением воды на их границу. Давление воды на глубине h равно P_ext = P_atm + ρ g h, где ρ — плотность воды, g — ускорение свободного падения, h — глубина от поверхности до границы пузыря. - Давление воздуха внутри пузыря стремится к этому же внешнему давлению (игнорируем малый эффект поверхностного натяжения). Значит P_i ≈ P_ext. - Объем газа в пузыре при фиксированном количестве молекул и примерно постоянной температуре связан с давлением законом Бойля: P_i V = const. Поэтому V ∝ 1 / P_i. - Следовательно, чем больше P_ext (то есть чем глубже пузырь), тем меньше его объем. А чем меньше P_ext (чем ниже уровень воды в трубке), тем больше объем пузыря. - В варианте задачи: трубка с самым низким уровнем воды имеет на границе пузыря наименьшее внешнее давление воды, поэтому внутри пузыря давление меньшe и пузырь становится крупнейшим. Дополнительные примечания: - Разумеется, реальная зависимость зависит от температуры и количества воздуха, но при обычных условиях они не нарушают общую закономерность: меньший гидростатический давлением — больший объем пузыря. - Можно привести простой числовой пример: если в одной трубке h = 0.2 м, а в другой h = 0.5 м, то P_ext во второй трубке больше примерно на ρ g (0.5−0.2) ≈ 1000·9.8·0.3 ≈ 2940 Па. Это значит, что V во второй трубке будет меньше примерно на долю от масштаба (из-за P ∼ 10^5 Па). Разница небольшая по величине, но принцип сохранится: пузырь больше там, где вода не такая глубока. Итог: наибольший объем пузыря будет в трубке с наименьшим уровнем воды, потому что там внешнее давление воды на пузырь меньше, и по закону Бойля такой пузырь будет занимать больший объем при заданном количестве воздуха и температуре.