Номер 3, страница 54 - гдз по физике 7 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Самостоятельные работы. СР-46. Действие жидкости и газа на погружённое в них тело. Вариант 2 - номер 3, страница 54.

Условие.

3. В жидкости свинцовая дробинка падает значительно медленнее, чем в воздухе. Назовите возможные причины такого явления.

Решение.

На свинцовую дробинку, падающую в среде (жидкости или газе), действуют три основные силы: сила тяжести $F_т$, направленная вертикально вниз, выталкивающая сила (сила Архимеда) $F_А$, направленная вертикально вверх, и сила сопротивления среды $F_с$, также направленная вверх (против движения). Падение дробинки в жидкости значительно медленнее, чем в воздухе, по двум основным причинам, связанным с различиями в физических свойствах этих сред.

1. Большая выталкивающая сила (сила Архимеда)

Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость или газ тело, прямо пропорциональна плотности среды. Она рассчитывается по формуле: $F_А = \rho_{среды} \cdot g \cdot V_{тела}$, где $\rho_{среды}$ — плотность среды, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $V_{тела}$ — объём тела. Плотность любой жидкости (например, воды $\rho_{воды} \approx 1000 \text{ кг/м}^3$) в сотни раз превышает плотность воздуха ($\rho_{воздуха} \approx 1.2 \text{ кг/м}^3$). Из-за этого в жидкости на дробинку действует значительно большая выталкивающая сила, которая сильнее противодействует силе тяжести. Это уменьшает результирующую силу, направленную вниз, и, как следствие, уменьшает ускорение дробинки.

2. Большая сила сопротивления среды

Сила сопротивления, которую среда оказывает на движущееся в ней тело, зависит от скорости и формы тела, а также от плотности и вязкости самой среды. Жидкости обладают значительно большей плотностью и вязкостью по сравнению с воздухом. Поэтому при движении с любой заданной скоростью жидкость оказывает на дробинку гораздо большее тормозящее воздействие. В результате этого сильного сопротивления дробинка в жидкости очень быстро достигает своей предельной (терминальной) скорости, которая оказывается значительно ниже, чем терминальная скорость в воздухе.

Таким образом, совместное действие значительно большей выталкивающей силы и гораздо большей силы сопротивления приводит к тому, что свинцовая дробинка в жидкости падает значительно медленнее, чем в воздухе.

Ответ:

Падение свинцовой дробинки в жидкости медленнее, чем в воздухе, по двум основным причинам:

1. Высокая плотность жидкости. Она создает значительно большую выталкивающую силу (силу Архимеда), которая эффективно противодействует силе тяжести.

2. Высокая вязкость и плотность жидкости. Они создают значительно большую силу сопротивления движению, которая сильно тормозит падение дробинки.