Номер 1, страница 189 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 5. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Параграф 53. Плавание тел. Вопросы - номер 1, страница 189.

Условие.

Решение.

1. Условие плавания тел определяется соотношением между силой тяжести $F_т$, действующей на тело, и выталкивающей силой (силой Архимеда) $F_А$, действующей на тело со стороны жидкости или газа, в которую оно погружено.

Сила тяжести определяется по формуле: $F_т = m_т g = \rho_т V_т g$, где $\rho_т$ — средняя плотность тела, $V_т$ — объём тела, $\text{g}$ — ускорение свободного падения.

Выталкивающая сила (сила Архимеда) определяется по формуле: $F_А = \rho_ж V_п g$, где $\rho_ж$ — плотность жидкости (или газа), $V_п$ — объём погружённой части тела.

Возможны три случая поведения тела в жидкости или газе:

а) Тело тонет. Это происходит, если сила тяжести, действующая на тело, больше максимальной выталкивающей силы, которая возникает при полном погружении тела ($V_п = V_т$).
$F_т > F_А$
$\rho_т V_т g > \rho_ж V_т g$
Следовательно, условие того, что тело тонет: средняя плотность тела больше плотности жидкости $\rho_т > \rho_ж$.

б) Тело плавает внутри жидкости. Это происходит, если сила тяжести равна максимальной выталкивающей силе. В этом случае тело может находиться в равновесии на любой глубине, будучи полностью погруженным.
$F_т = F_А$
$\rho_т V_т g = \rho_ж V_т g$
Следовательно, условие плавания внутри жидкости: средняя плотность тела равна плотности жидкости $\rho_т = \rho_ж$.

в) Тело всплывает и плавает на поверхности. Это происходит, если сила тяжести меньше максимальной выталкивающей силы (при полном погружении). Тело будет всплывать до тех пор, пока не достигнет поверхности. На поверхности оно будет плавать, погрузившись лишь частично, так что выталкивающая сила станет равной силе тяжести ($V_п < V_т$).
Условие всплывания: $F_т < F_А$ (при полном погружении), что эквивалентно $\rho_т < \rho_ж$.
Условие равновесия на поверхности: $F_т = F_А$, что приводит к $\rho_т V_т g = \rho_ж V_п g$.

Таким образом, обобщённое условие плавания тела (когда оно находится в равновесии в жидкости или на её поверхности) заключается в том, что действующая на него сила тяжести уравновешивается выталкивающей силой Архимеда.

Ответ: Тело плавает в жидкости или газе, если действующая на него сила тяжести $F_т$ уравновешена выталкивающей силой (силой Архимеда) $F_А$. Это условие выполняется, если средняя плотность тела $\rho_т$ меньше или равна плотности жидкости (или газа) $\rho_ж$, то есть $\rho_т \le \rho_ж$. Если средняя плотность тела меньше плотности жидкости ($\rho_т < \rho_ж$), тело плавает на поверхности, погрузившись частично. Если средняя плотность тела равна плотности жидкости ($\rho_т = \rho_ж$), тело плавает на любой глубине внутри жидкости, будучи полностью погруженным.