Номер 9, страница 227, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механика. Глава IV. Статика. Параграф 24. Равновесие жидкости и газа - номер 9, страница 227.

Условие.

°9. Деревянный брусок плавает на поверхности воды.

а) Изобразите на чертеже все силы, действующие на брусок.

б) Запишите условие равновесия бруска.

в) Сделайте вывод о соотношении модулей сил, действующих на брусок.

г) Изменится ли это соотношение для другого тела, которое плавает, будучи полностью погружённым в воду?

Решение 2.

Решение

а) На брусок, плавающий на поверхности воды, действуют две силы: сила тяжести $\vec{F}_т$, приложенная к центру масс бруска и направленная вертикально вниз, и выталкивающая сила (сила Архимеда) $\vec{F}_А$, приложенная к центру объема погруженной части бруска и направленная вертикально вверх. Так как брусок находится в равновесии, эти силы равны по модулю и противоположны по направлению. На чертеже это изображается двумя векторами одинаковой длины, направленными в противоположные стороны вдоль одной вертикальной прямой. Ответ: На брусок действуют две силы: сила тяжести $\vec{F}_т$, направленная вертикально вниз, и сила Архимеда $\vec{F}_А$, направленная вертикально вверх.

б) Брусок плавает, то есть находится в состоянии покоя (равновесия). Согласно первому закону Ньютона, это означает, что векторная сумма всех сил, действующих на брусок, равна нулю. Запишем это условие в векторной форме: $\vec{F}_А + \vec{F}_т = 0$. В проекции на вертикальную ось, направленную вверх, это уравнение примет вид: $F_А - F_т = 0$. Ответ: Условие равновесия бруска: $F_А = F_т$.

в) Из условия равновесия, записанного в предыдущем пункте ($F_А = F_т$), следует, что модуль выталкивающей силы (силы Архимеда) равен модулю силы тяжести. Силы, действующие на брусок, уравновешивают друг друга. Ответ: Модули сил, действующих на брусок, равны: $|F_А| = |F_т|$.

г) Условие плавания тела в жидкости, то есть нахождения его в равновесии, всегда одно и то же: действующая на него сила тяжести должна быть уравновешена выталкивающей силой. Это справедливо как для тела, плавающего на поверхности (когда плотность тела меньше плотности жидкости), так и для тела, плавающего полностью погруженным (когда плотность тела равна плотности жидкости). Следовательно, соотношение между модулями сил не изменится — они по-прежнему будут равны. Ответ: Нет, это соотношение не изменится. Для любого тела, плавающего в жидкости (на поверхности или внутри), условием равновесия является равенство модулей силы тяжести и силы Архимеда: $F_А = F_т$.