Номер 5, страница 463 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Движение твёрдых и деформируемых тел. Глава 9. Механика деформируемых тел. Параграф 9.7. Закон Архимеда - номер 5, страница 463.

Условие.

5. Почему в состоянии невесомости архимедова сила не действует?

Решение.

5. Почему в состоянии невесомости архимедова сила не действует?.

Решение

Архимедова сила, или выталкивающая сила, возникает из-за разности гидростатического давления на разных глубинах в жидкости или газе. В поле силы тяжести давление увеличивается с глубиной. Из-за этого сила давления, действующая на нижнюю поверхность тела, погруженного в жидкость, оказывается больше силы давления, действующей на его верхнюю поверхность. Эта разница сил и представляет собой архимедову силу, направленную вертикально вверх, против силы тяжести.

Величина архимедовой силы определяется формулой:

$F_A = \rho_{ж} \cdot g \cdot V_{т}$

где $\rho_{ж}$ — плотность жидкости или газа, $g$ — ускорение свободного падения, а $V_{т}$ — объем погруженной в жидкость или газ части тела.

Состояние невесомости — это состояние, в котором вес тела (сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес) равен нулю. Это происходит, когда и тело, и его окружение (в данном случае — жидкость) движутся только под действием силы тяжести, то есть находятся в состоянии свободного падения. В связанной с ними системе отсчета ускорение свободного падения $g$ фактически равно нулю.

Если подставить значение $g = 0$ в формулу для архимедовой силы, получим:

$F_A = \rho_{ж} \cdot 0 \cdot V_{т} = 0$

С физической точки зрения, в условиях невесомости у жидкости исчезает вес, и она перестает создавать гидростатическое давление, зависящее от глубины. Давление во всех точках жидкости становится одинаковым. Следовательно, исчезает разность сил давления, действующих на тело снизу и сверху, и, как результат, выталкивающая сила не возникает.

Ответ: В состоянии невесомости архимедова сила не действует, потому что она возникает из-за разности давлений в жидкости или газе, создаваемой силой тяжести. В невесомости ускорение свободного падения ($g$) в системе отсчета, связанной с жидкостью и телом, равно нулю. Это приводит к тому, что давление во всех точках среды становится одинаковым, и выталкивающая сила, являющаяся разностью сил давления, обращается в ноль.