Номер 4, 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 4, страница 77.

Условие.

4. При погружении батискафа из тёплых верхних слоёв воды в более холодные нижние слои наблюдается его резкое торможение. Чем это объяснить?

Решение.

Решение

Движение батискафа в воде определяется равнодействующей нескольких сил. Основными силами, действующими в вертикальном направлении, являются сила тяжести, направленная вниз, и выталкивающая сила (сила Архимеда), направленная вверх. Также на батискаф действует сила сопротивления воды, направленная против движения (то есть вверх при погружении).

Сила тяжести $F_{т} = mg$ является постоянной величиной, так как масса батискафа $\text{m}$ и ускорение свободного падения $\text{g}$ не изменяются.

Выталкивающая сила, согласно закону Архимеда, рассчитывается по формуле $F_{A} = \rho_{воды} g V$, где $\rho_{воды}$ — это плотность воды, а $\text{V}$ — объем погруженного тела (полный объем батискафа).

Ключевым фактором в данном явлении является зависимость плотности воды от температуры. Плотность воды увеличивается при понижении температуры (в диапазоне температур, характерном для верхних и глубинных слоев океана, то есть при охлаждении до 4°C). Следовательно, холодные нижние слои воды имеют большую плотность, чем теплые верхние слои.

Когда батискаф опускается из теплых слоев в холодные, он попадает в среду с большей плотностью ($\rho_{воды}$ увеличивается). Поскольку выталкивающая сила $F_{A}$ прямо пропорциональна плотности воды, она также увеличивается.

Увеличение направленной вверх выталкивающей силы приводит к уменьшению равнодействующей силы, тянущей батискаф вниз. Согласно второму закону Ньютона ($F_{равн} = ma$), уменьшение равнодействующей силы вызывает уменьшение ускорения, то есть торможение объекта.

Ответ: Резкое торможение батискафа объясняется увеличением выталкивающей силы (силы Архимеда). Это происходит потому, что холодные нижние слои воды плотнее теплых верхних. При попадании в более плотную воду выталкивающая сила, действующая на батискаф, возрастает, что и приводит к его замедлению.