Номер 1, страница 77, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 7. Закон архимеда. Плавание тел. Параграф 64. Плавание судов. Вопросы и задания - номер 1, страница 77.

Условие.

1. Может ли пластилин, плотность которого больше плотности воды, плавать на поверхности воды? Если да, то каким образом?

Решение.

1. Да, пластилин, плотность которого больше плотности воды, может плавать на её поверхности.

Если из пластилина слепить сплошной шарик или кубик, он утонет. Это происходит потому, что плотность материала пластилина ($ \rho_{пл} $) больше плотности воды ($ \rho_{в} $). Согласно закону Архимеда, на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила $ F_{А} $, равная весу вытесненной жидкости. Сила тяжести $ F_{т} $, действующая на тело, равна $ m_{пл} \cdot g = \rho_{пл} \cdot V_{пл} \cdot g $. Выталкивающая сила $ F_{А} = \rho_{в} \cdot g \cdot V_{пл} $. Так как $ \rho_{пл} > \rho_{в} $, то сила тяжести больше выталкивающей силы ($ F_{т} > F_{А} $), и сплошной кусок пластилина тонет.

Чтобы заставить пластилин плавать, нужно изменить его форму. Если придать ему форму чаши или лодочки, то общий объем тела (пластилин + воздух внутри) значительно увеличится. При погружении в воду такая "лодочка" будет вытеснять гораздо больший объем воды, чем сплошной кусок той же массы. Выталкивающая сила, действующая на лодочку, увеличится.

Плавание станет возможным, когда выталкивающая сила уравновесит силу тяжести:

$ F_{А} = F_{т} $

$ \rho_{в} \cdot g \cdot V_{погр} = m_{пл} \cdot g $

где $ V_{погр} $ — объем погруженной части лодочки.

Другими словами, для того чтобы тело плавало, его средняя плотность $ \rho_{ср} $ (масса тела, деленная на его полный объем) должна быть меньше плотности жидкости. Создав из пластилина лодочку, мы уменьшаем его среднюю плотность ($ \rho_{ср} = \frac{m_{пл}}{V_{лодочки}} $), делая её меньше плотности воды.

Ответ: Да, может. Для этого необходимо придать пластилину форму, имеющую внутреннюю полость, например, форму лодочки. Это позволит увеличить объем вытесняемой воды и, соответственно, выталкивающую силу до тех пор, пока она не уравновесит силу тяжести, что позволит телу держаться на плаву.