نمونه سوال فصل ۸ علوم نهم با جواب

آزمایش بطری‌های متفاوت نشان می‌دهد که فشار آب با افزایش عمق افزایش می‌یابد و در عمق مشخص، به اندازهٔ ظرف وابسته نیست (صفحهٔ ۸۷–۸۸). همچنین در توضیح سطح آزاد مایع، بر یکسان بودن فشار در عمق برابر تأکید شده است (صفحهٔ ۸۸–۸۹). در این مسئله، مایع در هر دو ظرف آب است، شرایط هوای بالای آن یکسان است و عمق نقطه نیز تغییر نکرده؛ بنابراین پهن‌تر بودن ظرف و بیشتر بودن مقدار آب، موجب تغییر فشار در آن نقطه نمی‌شود. پاسخ: گزینهٔ ۳

طبق تعریف فشار، $P=F/A$ است (صفحهٔ ۸۴–۸۵). اگر نیروی ورودی اولیه را $F$ و مساحت پیستون کوچک را $A$ بنامیم، فشار ورودی جدید برابر است با $P'=\frac{F/2}{A/3}=\frac{3}{2}\frac{F}{A}=\frac{3}{2}P$. بر اساس اصل پاسکال، فشار به پیستون بزرگ منتقل می‌شود و چون مساحت این پیستون ثابت است، نیروی خروجی نیز به همین نسبت تغییر می‌کند (صفحهٔ ۸۹). بنابراین $F_2'=\frac{3}{2}\times600=900\,\mathrm{N}$. پاسخ: گزینهٔ ۱

با افزایش ارتفاع از سطح زمین، فشار هوا کاهش می‌یابد (صفحهٔ ۹۰–۹۱). از آنجا که ارتفاع ستون جیوه در فشارسنج معیاری از فشار هواست، فشار کمتر در محل مرتفع‌تر با ارتفاع کمتر ستون جیوه همراه است (صفحهٔ ۹۱–۹۲). در آزمایش نیمکره‌ها، پس از تخلیهٔ هوای داخل، فشار هوای بیرون عامل اصلی فشرده‌شدن آن‌ها به یکدیگر است (صفحهٔ ۹۲–۹۳). وقتی فشار داخل در هر دو محل تقریباً ناچیز و سطح مؤثر ثابت باشد، کاهش فشار بیرون، نیروی فشاری نگه‌دارنده و در نتیجه نیروی لازم برای جداسازی را کاهش می‌دهد. پاسخ: گزینهٔ ۴

طبق تعریف فشار، نیروی عمودی وارد بر سطح را بر مساحت تماس تقسیم می‌کنیم (صفحهٔ ۸۴). مساحت بزرگ‌ترین وجه برابر است با $A=20\times10=200\,\mathrm{cm^2}=0.02\,\mathrm{m^2}$. بنابراین وزن یک قطعه از رابطهٔ $F=PA=6000\times0.02=120\,\mathrm{N}$ به دست می‌آید. کوچک‌ترین وجه مساحتی برابر با $A'=10\times5=50\,\mathrm{cm^2}=0.005\,\mathrm{m^2}$ دارد. با قرار دادن قطعهٔ دوم روی قطعهٔ نخست، نیروی وارد بر میز برابر $F'=2\times120=240\,\mathrm{N}$ می‌شود. پس فشار نهایی برابر است با $P'=\frac{240}{0.005}=48000\,\mathrm{Pa}$. همانند مثال کتاب، تغییر وجه تکیه‌گاه، سطح تماس و در نتیجه فشار را تغییر می‌دهد (صفحهٔ ۸۵). پاسخ: گزینهٔ ۳

گازها می‌توانند فشار وارد کنند (صفحهٔ ۹۰). در آزمایش قیف و بطری، اگر راه خروج هوا بسته باشد، با ورود مقداری آب، هوای محبوس در برابر ورود بیشتر آب مقاومت می‌کند. باز کردن سوراخ دوم، امکان خروج هوا را فراهم می‌کند و آب آسان‌تر وارد بطری می‌شود. این نتیجه با مقایسهٔ درپوش‌های تک‌سوراخه و دوسوراخه در آزمایش کتاب سازگار است (صفحه‌های ۹۱ و ۹۲). باز بودن سوراخ به معنای تشکیل خلأ نیست، زیرا بطری با هوای بیرون ارتباط دارد. پاسخ: گزینهٔ ۱

در کأس‌العدل، وجود لولهٔ خروجی به‌تنهایی باعث تخلیهٔ فوری جام نمی‌شود. ابتدا باید سطح آب به لبهٔ بالایی لولهٔ درونی برسد. با افزودن آب بیشتر، آب از این لبه عبور می‌کند و جریان پیوسته‌ای در مسیر خروج شکل می‌گیرد. بنابراین شرط آغاز این جریان، عبور آب از لبهٔ لولهٔ درونی است و لازم نیست آب از لبهٔ خود جام سرریز شود (صفحهٔ ۹۴). پاسخ: گزینهٔ ۴

دمیدن در بطری، با بسته بودن راه‌های خروج هوا، فشار هوای بالای آب را افزایش می‌دهد. این هوا به سطح آب فشار وارد می‌کند و افزایش فشار، مطابق اصل پاسکال، در آب منتقل می‌شود (صفحه‌های ۸۸ و ۸۹). چون سرِ بیرونی نی در تماس با هوای آزاد است، اختلاف فشار می‌تواند آب را در نی بالا ببرد و از آن خارج کند. این همان سازوکار بررسی‌شده در فعالیت بطری و نی است (صفحه‌های ۹۰ و ۹۱). پاسخ: گزینهٔ ۳

طبق تعریف فشار، $P=\frac{F}{A}$ است (صفحهٔ ۸۴). در وضعیت جدید، $F_2=\frac{2}{3}F_1$ و $A_2=\frac{1}{3}A_1$؛ بنابراین $\frac{P_2}{P_1}=\frac{2/3}{1/3}=2$. پس فشار جدید برابر است با $P_2=2\times300000=600000\,\mathrm{Pa}$. کاهش مساحت تماس نسبت به کاهش نیرو بیشتر بوده و در نتیجه فشار افزایش یافته است (صفحهٔ ۸۵). پاسخ: گزینهٔ ۱

در آزمایش قوطی، پس از خروج بخشی از بخار، بستن دهانه و سرد شدن، فشار داخل کاهش می‌یابد. اگر فشار بیرون از فشار داخل بیشتر باشد، اثر خالص فشارها دیواره را به سمت داخل می‌راند؛ بنابراین جهت فرورفتگی نشان‌دهندهٔ بیشتر بودن فشار بیرون است، نه بیشتر بودن فشار داخل (صفحه‌های ۹۰ و ۹۱). در قوطی درباز، هوا می‌تواند از محیط وارد شود و فشار داخل را به فشار بیرون نزدیک نگه دارد. پس تفاوت مشاهده‌شده را نمی‌توان تنها به سرد شدن فلز نسبت داد. پاسخ: گزینهٔ ۴

نوشیدن با نی از کاربردهای فشار هواست (صفحهٔ ۹۱). با مکیدن، فشار هوای درون نی کاهش می‌یابد، اما هوای محیط همچنان بر سطح آزاد نوشیدنی در لیوان فشار وارد می‌کند. اختلاف فشار ایجادشده سبب می‌شود نوشیدنی در نی بالا برود. بنابراین نه افزایش فشار داخل نی و نه حذف فشار هوای روی لیوان، توضیح درستی برای این پدیده نیست. پاسخ: گزینهٔ ۱

فشار از تقسیم نیروی وارد بر سطح بر مساحت آن به دست می‌آید (صفحهٔ ۸۴). نیرویی که جعبهٔ پایینی به زمین وارد می‌کند، برابر مجموع وزن دو جعبه است؛ بنابراین $P_{\text{زمین}}=\frac{180+60}{0.03}=8000\,\mathrm{Pa}$. اما جعبهٔ بالایی فقط به اندازهٔ وزن خودش به جعبهٔ پایینی نیرو وارد می‌کند؛ پس $P_{\text{بین دو جعبه}}=\frac{60}{0.01}=6000\,\mathrm{Pa}$. این تفکیک نیروها با روش محاسبهٔ فشار جسم بر تکیه‌گاه سازگار است (صفحهٔ ۸۵). پاسخ: گزینهٔ ۳

با افزایش عمق در آب، فشار بیشتر می‌شود (صفحه‌های ۸۷ و ۸۸). چون محل اتصال افقی است و سطح آب در شاخهٔ باریک بالاتر قرار دارد، عمق آب بالای سمت باریکِ شیر بیشتر است؛ بنابراین فشار در آن سمت بیشتر خواهد بود و با بازشدن شیر، آب به سوی شاخهٔ پهن حرکت می‌کند. در ظرف‌های مرتبط، جریان تا رسیدن سطح‌های آزاد به ارتفاع یکسان ادامه می‌یابد و تفاوت شکل یا پهنای شاخه‌ها این نتیجه را تغییر نمی‌دهد (صفحه‌های ۸۸ و ۸۹). بیشتر بودن حجم آب یک شاخه نیز به‌تنهایی نشان‌دهندهٔ بیشتر بودن فشار آن در محل اتصال نیست. پاسخ: گزینهٔ ۴