T3-17. Архимедова сила. Плавание тел 1. а) Приведите примеры, которые подтверждают существование выталкивающей силы, действующей на тела, груженные в жидкости и газы. Объясните причину возникновения этой силы. б) Как направлена архимедова сила? Чему равна величина архимедовой силы? Как на опытах доказать, что величина этой силы равна весу жидкости, вытесненной телом? 2. При каких условиях тело: а) плавает на поверхности внутри жидкости; б) тонет; в) всплывает? Изобразите на чертеже силы, действующие на это тело в каждом случае. 3. Почему сплошные тела, плотность которых больше плотности жидкости, тонут в ней? Почему плавают тела, плотность которых меньше плотности жидкости? От чего зависит глубина погружения плавающего тела? 4. Изменяется ли выталкивающая сила, действующая на подводную лодку при ее погружении? Плотность воды считать одинаковой на разной глубине. 5. Почему детский воздушный шарик, наполненный водородом, поднимается, а надутый воздухом — опускается? 6. а) На больших глубинах плотность воды больше, чем на поверхности. Изменяется ли и как выталкивающая сила, действующая на батискаф при его погружении в океане? б) Одинаковая ли выталкивающая сила действует на человека, находящегося в воде в разных положениях (рис. 39)? в) Одинаковая ли выталкивающая сила действует на водолаза при погружении на разную глубину (рис. 40)? 7. а) На блоке (рис. 41) уравновешены одинаковые тела. Нарушится ли равновесие и как, если опустить одно тело в воду, а другое в керосин? б) Объемы находящихся в воде частей грузов одинаковы (рис. 42). Почему один из грузов перетягивает?

а) Примеры, подтверждающие существование выталкивающей силы:

• Плавание кораблей.
• Подъем воздушных шаров, наполненных гелием или горячим воздухом.
• Легкость подъема тела в воде по сравнению с воздухом.

Причина возникновения выталкивающей силы: разность давлений жидкости (или газа) на верхнюю и нижнюю части погруженного тела. Давление на нижнюю часть больше, так как она находится глубже.

б) Архимедова сила направлена вертикально вверх и равна весу жидкости, вытесненной телом.

Чтобы доказать это на опытах, можно использовать динамометр для измерения веса тела в воздухе и в жидкости. Разница в показаниях динамометра и будет равна архимедовой силе, которую затем можно сравнить с весом вытесненной жидкости.

Условия плавания тела:

• а) Плавает на поверхности: плотность тела меньше плотности жидкости.
• б) Тонет: плотность тела больше плотности жидкости.
• в) Всплывает: плотность тела меньше плотности жидкости, и тело не полностью погружено.

Сплошные тела, плотность которых больше плотности жидкости, тонут, потому что сила тяжести, действующая на тело, больше архимедовой силы.

Тела плавают, если их плотность меньше плотности жидкости, потому что архимедова сила равна силе тяжести.

Глубина погружения плавающего тела зависит от соотношения его плотности и плотности жидкости. Чем меньше плотность тела, тем меньше оно погружается.

Выталкивающая сила увеличивается с увеличением глубины погружения, так как плотность воды увеличивается с глубиной. Но если считать плотность воды одинаковой, то выталкивающая сила не меняется.

Шарик с водородом поднимается, так как водород легче воздуха и архимедова сила больше силы тяжести шарика.

Шарик с воздухом опускается, так как воздух тяжелее водорода и сила тяжести шарика больше архимедовой силы.

а) На больших глубинах плотность воды больше, поэтому выталкивающая сила увеличивается.

б) Выталкивающая сила зависит от объема вытесненной воды. Если объем тела не меняется, то и выталкивающая сила одинаковая.

в) Выталкивающая сила зависит от глубины погружения водолаза. Чем глубже, тем больше давление и плотность воды, следовательно, больше выталкивающая сила.

а) Равновесие нарушится. Тело в воде будет выталкиваться с большей силой, чем тело в керосине, так как плотность воды больше плотности керосина.

б) Груз в воде будет казаться легче, и он перетянет.