Номер 3, страница 69 - гдз по физике 7 класс контрольные и самостоятельные работы Громцева

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Самостоятельные работы. СР-38. Плавание тел. Вариант № 1 - номер 3, страница 69.

Решение.

Рыбы могут изменять свою глубину погружения и оставаться на ней благодаря специальному органу – плавательному пузырю. Этот орган позволяет рыбе изменять среднюю плотность своего тела, что напрямую влияет на ее плавучесть.

На любую рыбу в воде действуют две основные вертикальные силы: сила тяжести ($F_т = mg$), направленная вниз, и выталкивающая сила Архимеда ($F_A = \rho_{воды}gV_{тела}$), направленная вверх. Здесь $\text{m}$ – масса рыбы, $V_{тела}$ – объем ее тела, $\rho_{воды}$ – плотность воды, $\text{g}$ – ускорение свободного падения. Управление плавучестью сводится к изменению соотношения между этими силами.

Плавать на одной глубине

Чтобы оставаться на постоянной глубине, рыба должна достичь состояния нейтральной плавучести. Это происходит, когда сила тяжести уравновешивается выталкивающей силой: $F_т = F_A$. Это равносильно тому, что средняя плотность рыбы ($\rho_{рыбы} = m/V_{тела}$) становится равной плотности окружающей воды ($\rho_{воды}$). Рыба регулирует объем газа в плавательном пузыре до тех пор, пока не достигнет этого равновесия. В таком состоянии она может "зависать" в толще воды, не прилагая усилий для движения вверх или вниз.

Погружаться

Для погружения рыбе необходимо увеличить свою среднюю плотность так, чтобы она стала больше плотности воды ($\rho_{рыбы} > \rho_{воды}$). В этом случае сила тяжести превысит выталкивающую силу ($F_т > F_A$), и рыба начнет опускаться. Это достигается за счет уменьшения объема плавательного пузыря. Мышцы рыбы сжимают пузырь, газ в нем сжимается, или его часть поглощается кровью. Общий объем тела рыбы уменьшается, а масса остается прежней, что и приводит к увеличению средней плотности.

Всплывать

Чтобы всплыть, рыбе нужно уменьшить свою среднюю плотность, сделав ее меньше плотности воды ($\rho_{рыбы} < \rho_{воды}$). Тогда выталкивающая сила станет больше силы тяжести ($F_A > F_т$), и рыба начнет подниматься. Для этого она увеличивает объем плавательного пузыря. Специальная газовая железа выделяет в пузырь газы из крови, расслабляются мышцы, и пузырь расширяется. Общий объем тела рыбы увеличивается при неизменной массе, средняя плотность падает, и рыба всплывает.

Таким образом, плавательный пузырь является гидростатическим аппаратом, позволяющим большинству костных рыб эффективно контролировать свое вертикальное положение в воде.

Ответ: Рыбы могут плавать на одной глубине, погружаться и всплывать, регулируя объем газа в своем плавательном пузыре. Изменение объема пузыря меняет общий объем тела рыбы и, следовательно, ее среднюю плотность. Чтобы всплыть, рыба увеличивает объем пузыря, уменьшая плотность. Чтобы погрузиться, она уменьшает объем, увеличивая плотность. Для плавания на одной глубине рыба устанавливает такой объем пузыря, при котором ее средняя плотность становится равной плотности воды.