Номер 2, страница 162 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

2. Возьмите миску с водой, скрепку, карандаш, монету, пробку, картофелину, соль, стакан. Осторожно опустите в воду все перечисленные предметы. Затем в стакане с водой растворите 2 столовые ложки соли. Опустите в раствор те предметы, которые утонули в миске. Опишите наблюдения. Выясните условия плавания тел в зависимости от плотности жидкости и тела. Сделайте вывод.

Описание наблюдений

При выполнении данного эксперимента можно ожидать следующие наблюдения:

1. В миске с пресной водой:

- Пробка и карандаш будут плавать на поверхности, так как их средняя плотность меньше плотности воды ($ \rho_{воды} \approx 1000 \, \text{кг/м}^3 $). Плотность пробки составляет около $ 240 \, \text{кг/м}^3 $, а плотность дерева (карандаша) — около $ 600-800 \, \text{кг/м}^3 $.

- Скрепка (сталь, $ \rho_{стали} \approx 7850 \, \text{кг/м}^3 $), монета (сплав, $ \rho_{монеты} \approx 8000-9000 \, \text{кг/м}^3 $) и картофелина ($ \rho_{картофеля} \approx 1050-1150 \, \text{кг/м}^3 $) утонут. Их плотность больше плотности пресной воды.

2. В стакане с соленой водой:

- Растворение соли увеличивает плотность воды. Плотность соленой воды ($ \rho_{соленой\_воды} $) может стать около $ 1150-1200 \, \text{кг/м}^3 $.

- При опускании утонувших предметов в соленый раствор, скрепка и монета снова утонут, так как их плотность по-прежнему значительно выше плотности соленой воды.

- Картофелина, плотность которой лишь ненамного превышает плотность пресной воды, в соленом растворе всплывет. Это произойдет потому, что плотность соленой воды станет больше плотности картофелины ($ \rho_{соленой\_воды} > \rho_{картофеля} $).

Ответ: В пресной воде плавают пробка и карандаш, а тонут скрепка, монета и картофелина. В солёной воде скрепка и монета по-прежнему тонут, а картофелина всплывает на поверхность.

Выясните условия плавания тел в зависимости от плотности жидкости и тела.

Поведение тела в жидкости определяется соотношением двух сил: силы тяжести $ F_т $, направленной вниз, и выталкивающей силы Архимеда $ F_A $, направленной вверх.

Сила тяжести: $ F_т = m_т g = \rho_т V_т g $, где $ \rho_т $ — плотность тела, $ V_т $ — его объем, $ g $ — ускорение свободного падения.

Сила Архимеда: $ F_A = \rho_ж g V_{погр} $, где $ \rho_ж $ — плотность жидкости, а $ V_{погр} $ — объем погруженной в жидкость части тела. Максимальная выталкивающая сила действует на тело при его полном погружении ($ V_{погр} = V_т $).

Сопоставление этих сил (или, что эквивалентно, плотностей) определяет три возможных условия:

1. Тело тонет, если сила тяжести больше максимальной выталкивающей силы ($ F_т > F_{А,макс} $). Это условие выполняется, когда плотность тела больше плотности жидкости: $ \rho_т > \rho_ж $.

2. Тело плавает на поверхности, если его плотность меньше плотности жидкости: $ \rho_т < \rho_ж $. В этом случае тело погружается в жидкость частично, до тех пор, пока действующая на него сила Архимеда не станет равной силе тяжести ($ F_A = F_т $).

3. Тело плавает внутри жидкости, если его плотность равна плотности жидкости: $ \rho_т = \rho_ж $. В этом случае сила тяжести уравновешена силой Архимеда при полном погружении тела ($ F_т = F_{А,макс} $), и тело может находиться в равновесии на любой глубине.

Ответ: Условие плавания тела зависит от соотношения его плотности ($ \rho_т $) и плотности жидкости ($ \rho_ж $). Если $ \rho_т > \rho_ж $, тело тонет. Если $ \rho_т < \rho_ж $, тело плавает на поверхности. Если $ \rho_т = \rho_ж $, тело плавает внутри жидкости.

Сделайте вывод.

Проведенный эксперимент наглядно демонстрирует, что способность тела плавать определяется не его массой или размером по отдельности, а его средней плотностью в сравнении с плотностью жидкости. Предметы, плотность которых меньше плотности жидкости, плавают. Предметы с большей плотностью — тонут. Эксперимент с соленой водой показывает, что, изменяя плотность жидкости, можно управлять поведением тел в ней. Увеличив плотность воды путем растворения соли, мы можем заставить всплыть тело (картофелину), которое тонуло в пресной воде, так как его плотность стала меньше плотности жидкости.

Ответ: Поведение тела в жидкости (тонет, плавает на поверхности или внутри) определяется соотношением плотности тела и плотности жидкости. Изменяя плотность жидкости, можно изменить результат взаимодействия тела с жидкостью.