Номер 27.12, страница 95 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Параграф 27. Закон Архимеда - номер 27.12, страница 95.

Условие.

27.12 [д. 104] Почему потерпевшую аварию подводную лодку труднее поднять с илистого дна, чем с каменистого, при одинаковой глубине погружения?

Решение 3.

Решение 4.

Решение 7.

Для подъема подводной лодки со дна необходимо приложить силу, которая как минимум превысит разность между силой тяжести, действующей на лодку, и выталкивающей силой (силой Архимеда). Однако условия на дне вносят существенные коррективы в величину необходимой подъемной силы. Разница между подъемом с илистого и каменистого дна объясняется двумя основными физическими явлениями: разностью давлений и силами межмолекулярного сцепления.

На каменистом дне корпус подводной лодки опирается на твердые камни. Между корпусом и дном остаются многочисленные зазоры и каналы, по которым свободно циркулирует вода. Когда начинается подъем, вода беспрепятственно поступает под корпус лодки. Давление воды под лодкой практически мгновенно выравнивается с давлением окружающей воды на той же глубине. Таким образом, для отрыва лодки от дна нужно преодолеть в основном ее "остаточный вес" в воде, то есть разность силы тяжести $F_т$ и архимедовой силы $F_А$: $F_{подъема} \ge F_т - F_А$.

На илистом дне ситуация кардинально иная. Мягкий и вязкий ил плотно облегает корпус лодки, часто "засасывая" ее, и создает герметичное соединение. При попытке подъема происходят следующие процессы:
1. Эффект "присоски" (разность давлений). Когда подъемный трос натягивается и пытается оторвать лодку от дна, под ее корпусом образуется область разреженного пространства. Вода не может быстро заполнить это пространство из-за вязкости и плотности ила. В то же время на верхнюю часть корпуса продолжает давить вся толща воды, создавая огромное давление $P = \rho g h$. Возникает значительная разность давлений над и под лодкой, которая создает дополнительную огромную силу, прижимающую лодку ко дну. Эту силу $F_{давл}$ можно оценить как $F_{давл} = \Delta P \cdot S$, где $S$ — площадь контакта с илом, а $\Delta P$ — разность давлений.
2. Силы адгезии (сцепления). Ил состоит из мелких частиц, воды и органических веществ. Между частицами ила и материалом корпуса лодки возникают значительные силы межмолекулярного сцепления (адгезии). Чтобы оторвать лодку, необходимо преодолеть эти силы, что требует дополнительного усилия.

Таким образом, при подъеме с илистого дна подъемная сила должна преодолеть не только остаточный вес лодки в воде, но и дополнительную силу, создаваемую разностью давлений, а также силы сцепления с илом.

Ответ: При подъеме подводной лодки с илистого дна возникает эффект "присоски": под дном лодки создается область пониженного давления, в то время как сверху на нее давит вся толща воды. Это создает огромную дополнительную силу, прижимающую лодку ко дну. Кроме того, вязкий ил "прилипает" к корпусу за счет сил межмолекулярного сцепления. На каменистом дне эти эффекты отсутствуют, так как вода свободно проникает под корпус, выравнивая давление.