Номер 7.1, страница 50 - гдз по физике 10-11 класс задачник Гельфгат, Генденштейн

Механика. Динамика. 7. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести и вес тела. Упражнения - номер 7.1, страница 50.

Условие.

7.1. Находится ли в состоянии невесомости рыба в воде?

☑ Нет.

Решение. В состоянии невесомости внутри любого тела нет внутренних напряжений, обусловленных силой тяжести (различные части тела «не давят» друг на друга). Такое состояние возникает, когда на тело действуют только силы тяготения (например, при свободном падении). На рыбу в воде помимо силы тяжести действует сила Архимеда (вода является для рыбы опорой).

Решение.

7.1. Нет, рыба в воде не находится в состоянии невесомости.

Решение

Состояние невесомости — это состояние, при котором на тело действует только сила гравитационного притяжения (сила тяжести). В таком состоянии вес тела, то есть сила, с которой тело действует на опору или подвес, равен нулю. Классическим примером невесомости является свободное падение в вакууме или движение по орбите вокруг планеты. Важной характеристикой невесомости является отсутствие внутренних напряжений в теле, обусловленных силой тяжести, так как все его части ускоряются одинаково под действием гравитации.

На рыбу, находящуюся в воде, действуют как минимум две основные силы:

1. Сила тяжести ($F_т = mg$), направленная вертикально вниз.

2. Выталкивающая сила, или сила Архимеда ($F_А = \rho_{воды} g V_{тела}$), направленная вертикально вверх. Эта сила создается давлением воды и, по сути, является для рыбы опорой.

Именно наличие силы Архимеда, которая является контактной силой, нарушает условие для наступления невесомости. Сила Архимеда противодействует силе тяжести и создает внутренние напряжения в теле рыбы, так как она приложена к поверхности тела, а сила тяжести — ко всему объему. Различные части тела рыбы давят друг на друга под действием этих двух сил, что противоречит состоянию невесомости.

Хотя рыба может достичь состояния, называемого нейтральной плавучестью, когда сила тяжести уравновешивается силой Архимеда ($F_т = F_А$), это состояние равновесия, а не невесомости. В этом случае суммарная сила, действующая на рыбу, равна нулю, и она может неподвижно «висеть» в толще воды. Ее вес в воде (сила, с которой она бы давила на опору, будь она на дне) равен $P = F_т - F_А = 0$. Однако это не истинная невесомость, которая требует, чтобы единственной действующей силой была гравитация.

Таким образом, поскольку на рыбу в воде помимо силы тяжести действует еще и сила Архимеда, она не находится в состоянии невесомости.

Ответ: Нет.