Придумайте, страница 137, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Придумайте

Придумайте опыты, с помощью которых можно доказать, что выталкивающая сила равна весу жидкости, вытесненной этим телом.

Для доказательства утверждения, что выталкивающая сила (сила Архимеда) равна весу жидкости, вытесненной телом, можно провести несколько опытов. Рассмотрим два из них.

Опыт 1: Использование отливного сосуда (сосуда Архимеда)

Этот метод позволяет напрямую сравнить измеренную выталкивающую силу и вес вытесненной жидкости. Для опыта понадобится: динамометр, тело (тонущее в воде), отливной сосуд, пустой стакан, электронные весы и вода.

Ход опыта следующий. Шаг 1: С помощью динамометра измеряем вес тела в воздухе ($P_1$). Шаг 2: Наливаем в отливной сосуд воду до уровня носика и ждем, пока излишки вытекут. Шаг 3: Под носик ставим пустой стакан, предварительно его взвесив или обнулив весы. Шаг 4: Полностью погружаем тело, подвешенное на динамометре, в воду. Вытесненная вода собирается в стакан. Шаг 5: Записываем показание динамометра — вес тела в воде ($P_2$). Шаг 6: Вычисляем выталкивающую силу как разность весов: $F_A = P_1 - P_2$. Шаг 7: Взвешиваем стакан с вытесненной водой и находим её вес $P_{воды}$. Шаг 8: Сравниваем вычисленную выталкивающую силу $F_A$ и измеренный вес вытесненной воды $P_{воды}$.

В результате опыта мы обнаружим, что вычисленная выталкивающая сила $F_A$ будет практически равна измеренному весу вытесненной воды $P_{воды}$.

Ответ: Опыт с отливным сосудом показывает, что выталкивающая сила, действующая на тело, равна весу жидкости, которую это тело вытесняет. Равенство $F_A = P_1 - P_2 = P_{воды}$ будет подтверждено экспериментально.

Опыт 2: Использование измерительного цилиндра (мензурки)

Этот метод основан на вычислении веса вытесненной жидкости через её объём и плотность. Понадобится: динамометр, тело (тонущее в воде), измерительный цилиндр (мензурка) и вода.

Ход опыта. Шаг 1: Измеряем вес тела в воздухе ($P_1$) с помощью динамометра. Шаг 2: Наливаем в мензурку воду и записываем начальный объём $V_1$. Шаг 3: Опускаем тело на динамометре в воду до полного погружения и измеряем его вес в воде ($P_2$). Шаг 4: Вычисляем выталкивающую силу: $F_A = P_1 - P_2$. Шаг 5: Записываем новый уровень воды в мензурке, $V_2$. Шаг 6: Находим объём вытесненной воды, который равен объёму погружённой части тела: $V_{воды} = V_2 - V_1$. Шаг 7: Зная плотность воды ($\rho_{воды} \approx 1000 \text{ кг/м}^3$) и ускорение свободного падения ($g \approx 9,8 \text{ Н/кг}$), вычисляем вес вытесненной воды по формуле: $P_{воды} = m_{воды} \cdot g = \rho_{воды} \cdot V_{воды} \cdot g$. При этом необходимо следить за соответствием единиц измерения. Шаг 8: Сравниваем выталкивающую силу $F_A$ с вычисленным весом вытесненной воды $P_{воды}$.

Расчеты покажут, что значение $F_A$, найденное как разность весов, будет равно значению $P_{воды}$, вычисленному через объём. То есть, $P_1 - P_2 \approx \rho_{воды} \cdot (V_2 - V_1) \cdot g$.

Ответ: Опыт с использованием мензурки подтверждает, что выталкивающая сила равна весу вытесненной жидкости. Это доказывается совпадением значения силы, найденной как разность показаний динамометра, и значения веса, рассчитанного по объёму вытесненной жидкости.