Номер 2, страница 30 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. ТЗ-17. Архимедова сила. Плавание тел - номер 2, страница 30.

Условие.

2. При каких условиях тело: а) плавает на поверхности и внутри жидкости; б) тонет; в) всплывает? Изобразите на рисунке силы, действующие на это тело в каждом случае.

Решение.

Поведение тела, погруженного в жидкость, определяется соотношением между силой тяжести $F_т$, действующей на тело, и выталкивающей силой (силой Архимеда) $F_А$, действующей на него со стороны жидкости.

Сила тяжести определяется формулой: $F_т = m_т g = \rho_т V_т g$, где $\rho_т$ и $V_т$ – плотность и объем тела соответственно, а $\text{g}$ – ускорение свободного падения.

Сила Архимеда определяется формулой: $F_А = \rho_ж V_п g$, где $\rho_ж$ – плотность жидкости, а $V_п$ – объем погруженной части тела.

а) плавает на поверхности и внутри жидкости

Тело плавает, то есть находится в состоянии равновесия, когда действующая на него сила тяжести уравновешивается выталкивающей силой Архимеда: $F_т = F_А$. Это возможно в двух случаях:

1. Тело плавает на поверхности жидкости, будучи погруженным лишь частично. Это происходит, когда средняя плотность тела меньше плотности жидкости ($\rho_т < \rho_ж$). В этом случае сила тяжести уравновешивается силой Архимеда, действующей только на погруженную часть тела ($V_п < V_т$).

2. Тело плавает внутри жидкости, будучи погруженным полностью. Это происходит, когда средняя плотность тела равна плотности жидкости ($\rho_т = \rho_ж$). Тело может находиться в равновесии на любой глубине.

Ответ: Тело плавает, если его средняя плотность меньше или равна плотности жидкости ($\rho_т \le \rho_ж$), что соответствует равенству силы тяжести и выталкивающей силы ($F_т = F_А$).

б) тонет

Тело тонет, если сила тяжести, действующая на него, больше максимальной выталкивающей силы (когда тело полностью погружено в жидкость): $F_т > F_А$. Это условие выполняется, если средняя плотность тела больше плотности жидкости: $\rho_т > \rho_ж$. Равнодействующая сила направлена вниз, и тело опускается на дно.

Ответ: Тело тонет, если его средняя плотность больше плотности жидкости ($\rho_т > \rho_ж$), что соответствует тому, что сила тяжести больше выталкивающей силы ($F_т > F_А$).

в) всплывает

Тело всплывает, если, будучи полностью погруженным в жидкость, оно испытывает действие выталкивающей силы, большей, чем сила тяжести: $F_А > F_т$. Это условие выполняется, если средняя плотность тела меньше плотности жидкости: $\rho_т < \rho_ж$. Равнодействующая сила направлена вверх. Тело будет всплывать до тех пор, пока не достигнет поверхности и не займет положение равновесия, при котором $F_А = F_т$ (случай а).

Ответ: Тело всплывает, если его средняя плотность меньше плотности жидкости ($\rho_т < \rho_ж$), что соответствует тому, что выталкивающая сила больше силы тяжести ($F_А > F_т$).