Какую силу нужно приложить, чтобы удержать под водой камень массой 30 кг и объемом 0,012 м³? Изобразите на рисунке силы, действующие на камень.

Решение:

• Дано:
• Масса камня (m) = 30 кг
• Объем камня (V) = 0,012 м³
• Ускорение свободного падения (g) ≈ 10 Н/кг
• Плотность воды (ρ_воды) ≈ 1000 кг/м³
• Найти:
• Силу, которую нужно приложить (F_прилож)
• 1. Расчет веса камня (P):
• P = m * g
• P = 30 кг * 10 Н/кг = 300 Н
• 2. Расчет выталкивающей силы (Архимедовой силы, F_A):
• F_A = ρ_воды * g * V
• F_A = 1000 кг/м³ * 10 Н/кг * 0,012 м³ = 120 Н
• 3. Расчет силы, которую нужно приложить:
• Чтобы удержать камень под водой, нужно приложить силу, равную разнице между весом камня и выталкивающей силой.
• F_прилож = P - F_A
• F_прилож = 300 Н - 120 Н = 180 Н
• 4. Изображение сил, действующих на камень:
• На рисунке изображен камень, подвешенный на нити и погруженный в воду.
• Сила тяжести (вес камня, P) направлена вертикально вниз.
• Выталкивающая сила (сила Архимеда, F_A) направлена вертикально вверх.
• Сила натяжения нити (F_прилож) направлена вертикально вниз (это сила, которую нужно приложить, чтобы удержать камень).
• На рисунке видно, что сила тяжести больше выталкивающей силы, поэтому камень тонет. Сила натяжения нити уравновешивает разницу между весом и выталкивающей силой.

Изображение: