Подготовка к работе, страница 42 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Филонович, Петрова

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

ВЫЯСНЕНИЕ УСЛОВИЙ ПЛАВАНИЯ ТЕЛА В ЖИДКОСТИ

Цель работы: _______

Приборы и материалы: _______

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

Повторите по учебнику тему «Плавание тел».

Ответьте на вопросы

1. Какие силы действуют на тело, находящееся внутри жидкости?

2. Что может произойти с телом, которое полностью погрузили в жидкость, а затем отпустили?

Ожидаемые результаты (При каких условиях тело будет всплывать в жидкости, тонуть, находиться внутри жидкости?)

1. На тело, находящееся внутри жидкости, действуют две основные силы. Во-первых, это сила тяжести ($F_т$), которая направлена вертикально вниз. Она обусловлена притяжением тела к Земле и рассчитывается по формуле $F_т = mg$, где $\text{m}$ – масса тела, а $\text{g}$ – ускорение свободного падения. Во-вторых, это выталкивающая сила, или сила Архимеда ($F_A$), которая направлена вертикально вверх. Эта сила возникает из-за разности давлений жидкости на нижнюю и верхнюю поверхности тела. Согласно закону Архимеда, выталкивающая сила равна весу жидкости, вытесненной телом. Она рассчитывается по формуле $F_A = \rho_ж g V_п$, где $\rho_ж$ – плотность жидкости, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, а $V_п$ – объем погруженной в жидкость части тела. Если тело погружено полностью, то $V_п$ равен полному объему тела $V_т$.

Ответ: На тело, находящееся внутри жидкости, действуют сила тяжести, направленная вниз, и выталкивающая сила (сила Архимеда), направленная вверх.

2. Поведение тела, которое полностью погрузили в жидкость, а затем отпустили, зависит от соотношения между действующими на него силой тяжести ($F_т$) и силой Архимеда ($F_A$). Возможны три сценария:
1. Тело тонет. Это происходит, если сила тяжести больше выталкивающей силы ($F_т > F_A$). В этом случае равнодействующая сила направлена вниз, и тело будет опускаться на дно. Условие $F_т > F_A$ эквивалентно тому, что средняя плотность тела ($\rho_т$) больше плотности жидкости ($\rho_ж$), то есть $\rho_т > \rho_ж$.
2. Тело всплывает. Это происходит, если выталкивающая сила больше силы тяжести ($F_A > F_т$). Равнодействующая сила направлена вверх, и тело будет подниматься к поверхности. Оно будет всплывать до тех пор, пока сила Архимеда, действующая на погруженную часть тела, не станет равной силе тяжести. Условие $F_A > F_т$ эквивалентно тому, что средняя плотность тела ($\rho_т$) меньше плотности жидкости ($\rho_ж$), то есть $\rho_т < \rho_ж$.
3. Тело плавает внутри жидкости. Это происходит, если сила тяжести равна выталкивающей силе ($F_т = F_A$). В этом случае тело находится в равновесии и может оставаться на любой глубине, на которой его оставили. Условие $F_т = F_A$ эквивалентно тому, что средняя плотность тела ($\rho_т$) равна плотности жидкости ($\rho_ж$), то есть $\rho_т = \rho_ж$.

Ответ: Тело может утонуть (если его плотность больше плотности жидкости), всплыть (если его плотность меньше плотности жидкости) или остаться в равновесии на любой глубине (если его плотность равна плотности жидкости).