УПРАЖНЕНИЕ 29 1. К одной чаше весов подвешен цилиндр из алюминия, а к другой оловянный такой же массы. Весы находятся в равновесии. Оба ци- линдра одновременно погрузили в воду. Равновесие весов наруши- лось. Объясните почему. Какая чаша весов перевесит? 2. К коромыслу весов подвешены два железных шарика одинакового объёма. Нарушится ли равновесие весов, если один шарик погрузить в воду, другой — в керосин? Ответ обоснуйте. 3. Какую силу нужно приложить, чтобы кусок гранита объёмом 40 дм3 удержать в воде; в воздухе? 4. В какой воде, пресной или морской, на человека действует большая выталкивающая сила? поясните. 5*. Одинаковая ли сила потребуется для того, чтобы удержать пустое ве- дро в воздухе или это же ведро, но наполненное водой, в воде? Ответ Рис. 030 ? ЗАДАНИЕ . Измерьте выталкивающую силу, действующую на бидон с водой, ког- да он погружён в воду наполовину; целиком. Выясните зависимость выталкивающей силы от глубины погружения тела в жидкость.

Упражнение 29

1.

Равновесие весов нарушится, так как на цилиндры действует выталкивающая сила Архимеда. Она зависит от объема погруженного тела и плотности жидкости. Поскольку оба цилиндра погружены в воду, объем у них одинаковый, но плотность алюминия меньше плотности олова. Следовательно, выталкивающая сила, действующая на алюминиевый цилиндр, будет больше, чем на оловянный. Чаша весов с оловянным цилиндром перевесит.

2.

Равновесие весов нарушится. На шарик, погруженный в воду, действует выталкивающая сила Архимеда. Она больше, чем выталкивающая сила, действующая на шарик в керосине, так как плотность воды больше плотности керосина. Поэтому шарик в керосине будет перевешивать.

3.

Чтобы решить эту задачу, нам понадобятся следующие данные:

• Объём гранита: 40 дм³ = 0.04 м³
• Плотность гранита: \(\rho_г = 2600 кг/м³\) (приблизительное значение)
• Плотность воды: \(\rho_в = 1000 кг/м³\)
• Ускорение свободного падения: g = 9.8 м/с²

1. Сила тяжести, действующая на гранит: \[F_т = m \cdot g = \rho_г \cdot V \cdot g = 2600 \cdot 0.04 \cdot 9.8 = 1019.2 Н\]

2. Выталкивающая сила (сила Архимеда), действующая на гранит в воде: \[F_а = \rho_в \cdot V \cdot g = 1000 \cdot 0.04 \cdot 9.8 = 392 Н\]

3. Сила, необходимая для удержания гранита в воде: \[F_{удерж} = F_т - F_а = 1019.2 - 392 = 627.2 Н\]

4. Сила, необходимая для удержания гранита в воздухе: В воздухе нужно приложить силу, равную силе тяжести: \[F_{удерж} = F_т = 1019.2 Н\]

4.

В морской воде на человека действует большая выталкивающая сила, так как плотность морской воды больше, чем плотность пресной воды. Это связано с тем, что в морской воде растворено больше солей.

5*.

Для того чтобы удержать пустое ведро в воздухе, потребуется большая сила, чем для того, чтобы удержать это же ведро, наполненное водой, в воде. Это связано с тем, что в воде на ведро с водой действует выталкивающая сила Архимеда, которая уменьшает вес ведра. А в воздухе выталкивающая сила пренебрежимо мала.

ЗАДАНИЕ

Измерьте выталкивающую силу, действующую на бидон с водой, когда он погружён в воду наполовину; целиком. Выясните зависимость выталкивающей силы от глубины погружения тела в жидкость.

Для выполнения этого задания потребуется провести эксперимент. Вам понадобится бидон с водой, ёмкость с водой, динамометр и линейка.

Порядок действий:

1. Подвесьте бидон с водой к динамометру и измерьте его вес в воздухе.
2. Погрузите бидон в ёмкость с водой наполовину и измерьте показания динамометра.
3. Погрузите бидон в ёмкость с водой целиком и измерьте показания динамометра.
4. Рассчитайте выталкивающую силу в каждом случае, как разницу между весом бидона в воздухе и его весом в воде.
5. Измерьте глубину погружения бидона в каждом случае.
6. Постройте график зависимости выталкивающей силы от глубины погружения.

Вывод:

Выталкивающая сила зависит от объема погруженного тела и плотности жидкости. Чем больше объем погруженного тела, тем больше выталкивающая сила. Глубина погружения также влияет на выталкивающую силу, так как с увеличением глубины увеличивается давление жидкости.