Краткое пояснение: Разберем каждую задачу по физике, применяя необходимые формулы и законы.
Задача 1
- Дано:
- Объем вытесненной воды плавающим бруском: V1 = 0,72 м³
- Объем вытесненной воды при полном погружении: V2 = 0,9 м³
- Найти:
- Выталкивающие силы в обоих случаях: FA1, FA2
- Объяснение различий.
Решение:
-
Шаг 1: Выталкивающая сила равна весу вытесненной жидкости (закон Архимеда):
- FA = ρж ⋅ g ⋅ Vвыт
- где ρж — плотность жидкости (для воды ρH2O = 1000 кг/м³), g — ускорение свободного падения (g ≈ 9,8 м/с²), Vвыт — объем вытесненной жидкости.
-
Шаг 2: Вычислим выталкивающую силу для плавающего бруска:
- FA1 = 1000 кг/м³ ⋅ 9,8 м/с² ⋅ 0,72 м³ = 7056 Н
-
Шаг 3: Вычислим выталкивающую силу для полностью погруженного бруска:
- FA2 = 1000 кг/м³ ⋅ 9,8 м/с² ⋅ 0,9 м³ = 8820 Н
-
Шаг 4: Объяснение различий:
- Когда брусок плавает, выталкивающая сила равна весу бруска. Брусок вытесняет меньше воды, чем при полном погружении.
- Когда брусок полностью погружен, он вытесняет больше воды, поэтому выталкивающая сила больше.
Ответ: FA1 = 7056 Н (плавает), FA2 = 8820 Н (полностью погружен). Различие в силах обусловлено разным объемом вытесненной воды.
Задача 2
- Дано:
- Размеры плиты: 4 м × 0,3 м × 0,25 м
- Погружена наполовину.
- Найти:
Решение:
-
Шаг 1: Вычислим объем плиты:
- V = 4 м ⋅ 0,3 м ⋅ 0,25 м = 0,3 м³
-
Шаг 2: Найдем объем погруженной части плиты (половина объема):
- Vпогр = 0,3 м³ / 2 = 0,15 м³
-
Шаг 3: Вычислим архимедову силу:
- FA = ρж ⋅ g ⋅ Vпогр = 1000 кг/м³ ⋅ 9,8 м/с² ⋅ 0,15 м³ = 1470 Н
Ответ: FA = 1470 Н.
Задача 3
- Дано:
- Объем гранитного булыжника: V = 0,004 м³
- Плотность гранита: ρгранита = 2700 кг/м³
- Плотность воды: ρводы = 1000 кг/м³
- Найти:
- Разницу в весе булыжника в воздухе и в воде: ΔP
Решение:
-
Шаг 1: Вес булыжника в воздухе:
- Pвозд = m ⋅ g = ρгранита ⋅ V ⋅ g = 2700 кг/м³ ⋅ 0,004 м³ ⋅ 9,8 м/с² = 105,84 Н
-
Шаг 2: Архимедова сила, действующая на булыжник в воде:
- FA = ρводы ⋅ V ⋅ g = 1000 кг/м³ ⋅ 0,004 м³ ⋅ 9,8 м/с² = 39,2 Н
-
Шаг 3: Вес булыжника в воде:
- Pвода = Pвозд - FA = 105,84 Н - 39,2 Н = 66,64 Н
-
Шаг 4: Разница в весе:
- ΔP = Pвозд - Pвода = 105,84 Н - 66,64 Н = 39,2 Н
Ответ: На 39,2 Н гранитный булыжник будет легче в воде, чем в воздухе.