Номер 7, страница 63, часть 2 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 2. Глава 6. Давление жидкостей и газов. Параграф 54. Закон Архимеда. Плавание тел - номер 7, страница 63.

Условие.

7. Объясните, зачем аквалангисты при погружении под воду используют специальные пояса с пластинами из тяжёлых металлов.

Решение.

7. Аквалангисты используют специальные пояса с пластинами из тяжёлых металлов, чтобы скомпенсировать избыточную плавучесть и иметь возможность погружаться под воду, а также контролировать своё положение на глубине.

На любое тело, погружённое в жидкость, действуют две основные силы: сила тяжести ($F_т$), направленная вертикально вниз, и выталкивающая сила Архимеда ($F_А$), направленная вертикально вверх. Сила тяжести определяется массой тела ($F_т = mg$), а сила Архимеда — плотностью жидкости и объёмом погружённого тела ($F_А = \rho_{ж}gV_{т}$).

Средняя плотность человеческого тела очень близка к плотности воды. Однако снаряжение аквалангиста, особенно гидрокостюм (который содержит пузырьки воздуха для теплоизоляции), а также воздух в лёгких и в баллоне, значительно увеличивает общий объём системы «человек + снаряжение». При этом масса увеличивается не так сильно, как объём. В результате средняя плотность аквалангиста в снаряжении становится меньше плотности воды. Это приводит к тому, что выталкивающая сила Архимеда становится больше силы тяжести ($F_А > F_т$), и аквалангист просто плавает на поверхности, не имея возможности погрузиться.

Чтобы решить эту проблему, используются грузовые пояса. Пластины из тяжёлых металлов (чаще всего свинца) обладают большой массой при малом объёме. Добавление этих грузов увеличивает общую массу аквалангиста, а значит, и действующую на него силу тяжести. Цель состоит в том, чтобы суммарная сила тяжести стала больше выталкивающей силы, что позволит начать погружение. Находясь на нужной глубине, аквалангист может точно отрегулировать свою плавучесть с помощью специального жилета-компенсатора, добавляя или выпуская из него воздух, чтобы достичь состояния невесомости (нейтральной плавучести), когда $F_А = F_т$.

Ответ: Пояса с пластинами из тяжёлых металлов необходимы аквалангистам для увеличения их общей массы и, как следствие, средней плотности. Это позволяет преодолеть избыточную положительную плавучесть, создаваемую телом и снаряжением (особенно гидрокостюмом), и обеспечивает возможность погружаться под воду и достигать нейтральной плавучести для комфортного нахождения на глубине.