5. На рисунке 4 показаны шарики – плавающий на поверхности жидкости и всплывающий на поверхность. Покажите силы, действующие на каждый шарик.

Решение:

На рисунке 4 изображены два случая:

• Случай а) Шарик плавает на поверхности жидкости:

На этот шарик действуют две силы:

• Сила тяжести \( \vec{F}_{тяж} \), направленная вертикально вниз.
• Архимедова сила \( \vec{F}_{A} \), направленная вертикально вверх.

Так как шарик плавает, то \( \vec{F}_{тяж} + \vec{F}_{A} = 0 \), т.е. \( F_{тяж} = F_{A} \). В этом случае \( F_{A} < F_{тяж, макс} \), где \( F_{тяж, макс} \) — сила тяжести, если бы шарик был полностью погружен.

• Случай б) Шарик всплывает на поверхность:

На этот шарик также действуют две силы:

• Сила тяжести \( \vec{F}_{тяж} \), направленная вертикально вниз.
• Архимедова сила \( \vec{F}_{A} \), направленная вертикально вверх.

Так как шарик всплывает, то \( \vec{F}_{A} > \vec{F}_{тяж} \), т.е. \( F_{A} > F_{тяж} \). В этом случае \( F_{A} = F_{тяж, макс} \), где \( F_{тяж, макс} \) — сила тяжести, если бы шарик был полностью погружен.

Показанные силы (векторы):

На рисунке (для случая а):

• \( \vec{F}_{тяж} \) — стрелка вниз, от центра шарика.
• \( \vec{F}_{A} \) — стрелка вверх, от центра шарика. Длины векторов равны.

На рисунке (для случая б):

• \( \vec{F}_{тяж} \) — стрелка вниз, от центра шарика.
• \( \vec{F}_{A} \) — стрелка вверх, от центра шарика. Длина вектора \( \vec{F}_{A} \) больше длины вектора \( \vec{F}_{тяж} \).