Задание 21 ЕГЭ по физике

$1)$ Обозначения. Пусть бутылка $A$ — та, из которой была вылита часть воды (в ней остался газовый зазор), а бутылка $B$ — та, что осталась практически полностью заполненной водой (зазора почти нет).

$2)$ Поведение бутылки $A.$ В момент закупоривания в зазоре была смесь воздуха и насыщенных паров воды при высокой температуре. При остывании часть водяного пара конденсируется, поэтому число молей газообразного вещества в замкнутом объеме уменьшается. По уравнению состояния идеального газа $pV=nRT$ при уменьшении $n$ при фиксированных $V$ и $T$ давление $p$ снижается. Падение внутреннего давления приводит к тому, что внешнее атмосферное давление сжимает тонкую бутылку, и она сплющивается.

$3)$ Поведение бутылки $B.$ Бутылка $B$ была практически полностью заполнена водой и запечатана без свободного объема. При дальнейшем остывании вода сначала охлаждается до $0\, \degree C,$ а затем при переходе в твердое состояние (кристализация) ее объем увеличивается приблизительно на $9\%,$ то есть можно записать $V_{\text{лед}}\approx 1.09\,V_{\text{вода}}.$ В замкнутом почти неизменном объеме такое увеличение объема вызывает резкий рост давления внутри. Тонкая пластиковая стенка не выдерживает этого избыточного давления и разрывается, то есть бутылка лопается.

$4)$ Итог. Бутылка, из которой предварительно была вылита часть воды (с зазором), сплющилась из за конденсации пара и падения внутреннего давления. Бутылка, оставшаяся полностью заполненной водой, лопнула из за увеличения объема при замерзании и вызванного этим роста давления.

Ответ: лопнула бутылка, полностью заполненная водой; сплющилась бутылка с газовым зазором.