в плотно закрытой бутылке, заполненной водой, есть пузырек воздуха. когда бутылку нагревают, объем пузырька уменьшается. как это согласуется с хорошо известным фактом, что воздух при нагревании расширяется намного сильнее, чем вода

Во-первых газ легче сжимается, чем жидкость.

Во-вторых газ может растворяться в воде.

Может быть, поможет логика: т. к. плотность и масса воды намного больше плотности и массы воздуха, то она не может сжаться при расширении воздуха (бутылка плотно закрыта), а воздух может (газы имеют большое расстояние молекул), поэтому пузырёк уменьшается