Номер 27.27, страница 97 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

27.27 [622] Подвешенный на нити стальной брусок погружён в воду (см. рис. III-92). Назовите взаимодействующие тела и силы, действующие на брусок. Изобразите эти силы графически.

Рис. III-92

Назовите взаимодействующие тела и силы, действующие на брусок.

В данной системе можно выделить следующие взаимодействия, в которых участвует стальной брусок:

1. Взаимодействие с Землей. Любое тело, находящееся вблизи Земли, притягивается к ней. Сила этого взаимодействия называется силой тяжести. Обозначается $F_{тяж}$ и направлена вертикально вниз, к центру Земли. Приложена к центру масс бруска.

2. Взаимодействие с нитью (подвесом). Нить, на которой подвешен брусок, растягивается под его весом и, в свою очередь, действует на брусок с силой упругости, которую в данном случае называют силой натяжения нити. Обозначается $T$ или $F_{упр}$ и направлена вертикально вверх, вдоль нити.

3. Взаимодействие с водой. Согласно закону Архимеда, на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила. Эта сила, называемая силой Архимеда, возникает из-за разности давлений жидкости на нижнюю и верхнюю поверхности тела. Обозначается $F_A$ и направлена вертикально вверх.

Ответ: Взаимодействующие тела: Земля, нить, вода. Силы, действующие на брусок: сила тяжести ($F_{тяж}$), сила натяжения нити ($F_{упр}$) и выталкивающая сила ($F_A$).

Изобразите эти силы графически.

Поскольку брусок находится в состоянии покоя, он находится в равновесии. По первому закону Ньютона, это означает, что векторная сумма всех действующих на него сил равна нулю. В проекции на вертикальную ось это условие можно записать в виде равенства модулей сил, направленных вверх, и сил, направленных вниз:

$F_{упр} + F_A = F_{тяж}$

Графически силы, действующие на брусок, изображаются в виде векторов (стрелок), приложенных к одной точке (чаще всего к центру масс тела). Направление векторов соответствует направлению сил, а их относительные длины должны отражать соотношение между модулями сил.

На рисунке показаны три силы, приложенные к центру масс бруска. Сила тяжести $F_{тяж}$ направлена вниз. Сила натяжения нити $F_{упр}$ и выталкивающая сила $F_A$ направлены вверх. Для наглядности векторы $F_{упр}$ и $F_A$ изображены немного смещенными по горизонтали. Длина вектора $F_{тяж}$ равна сумме длин векторов $F_{упр}$ и $F_A$.

Ответ: Графическое изображение сил представлено на рисунке выше, где соблюдено условие равновесия: сумма сил, направленных вверх, уравновешивает силу, направленную вниз ($F_{упр} + F_A = F_{тяж}$).