Номер 501, страница 68 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Архимедова сила. Плавание тел. Плавание судов. Воздухоплавание - номер 501, страница 68.

Условие.

501. Почему собака легко вытаскивает из воды тонущего человека, а вытащив его на берег, не может сдвинуть с места?

Решение.

Решение

Данное явление объясняется действием выталкивающей силы (силы Архимеда), которая действует на тело, погруженное в жидкость или газ.

Когда человек находится в воде, на него действуют две основные вертикальные силы: сила тяжести $F_{тяж} = mg$, направленная вниз, и выталкивающая сила Архимеда $F_A$, направленная вверх. Плотность человеческого тела близка к плотности воды, поэтому выталкивающая сила почти уравновешивает силу тяжести. Вес человека в воде, который собаке необходимо преодолеть, становится очень малым. Он равен разности между силой тяжести и силой Архимеда: $P_{воды} = F_{тяж} - F_A$. Таким образом, собаке достаточно приложить небольшое усилие, чтобы перемещать человека в воде.

Когда человека вытаскивают на берег, выталкивающая сила Архимеда перестает действовать ($F_A = 0$). Теперь, чтобы сдвинуть человека, собаке нужно преодолеть его полный вес, а точнее — силу трения покоя, которая возникает между телом человека и поверхностью берега. Сила трения $F_{тр}$ пропорциональна силе нормальной реакции, которая в данном случае равна полному весу человека $P = mg$: $F_{тр} = \mu \cdot P = \mu \cdot mg$, где $\mu$ — коэффициент трения. Эта сила значительно превосходит тот малый вес, который человек имел в воде. Усилия собаки оказывается недостаточно, чтобы преодолеть эту большую силу трения.

Ответ: В воде на человека действует выталкивающая сила Архимеда, которая значительно уменьшает его вес, поэтому собака легко его тянет. На берегу эта сила отсутствует, и чтобы сдвинуть человека, собаке необходимо преодолеть большую силу трения, пропорциональную его полному весу, на что у нее не хватает сил.