Номер 559, страница 78 - 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 559, страница 78.

Условие.

559. Ученик провёл эксперимент по изучению выталкивающей силы, действующей на цилиндр при погружении его в жидкость (рис. 93).

Выберите два утверждения, соответствующие проведённым опытам. Укажите их номера.

1) Выталкивающая сила, действующая на цилиндр в первом опыте, меньше выталкивающей силы, действующей на цилиндр во втором опыте.

2) Выталкивающая сила зависит от плотности жидкости.

3) Выталкивающая сила увеличивается при увеличении объёма погружённой части цилиндра.

4) Выталкивающая сила не зависит от объёма цилиндра.

5) Выталкивающая сила не зависит от материала, из которого изготовлен цилиндр.

Рис. 93

Решение.

Решение

Проанализируем проведённый эксперимент. На рисунке изображены два опыта, в которых изучается выталкивающая сила, действующая на цилиндр при его погружении в жидкость. В обоих опытах используются один и тот же цилиндр и одна и та же жидкость. Отличие между опытами заключается в объёме погружённой части цилиндра: в опыте 1 цилиндр погружён в жидкость частично, а в опыте 2 — полностью.

Выталкивающая сила (сила Архимеда) определяется по формуле: $F_A = \rho_{ж} g V_{п}$, где $\rho_{ж}$ — плотность жидкости, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $V_{п}$ — объём погружённой в жидкость части тела.

Динамометр измеряет вес тела в жидкости $P_1$. Этот вес связан с весом тела в воздухе $\text{P}$ и выталкивающей силой $F_A$ соотношением $P_1 = P - F_A$. Следовательно, чем больше выталкивающая сила, тем меньше показания динамометра.

Сравнивая два опыта, видим, что объём погружённой части в опыте 1 ($V_{п1}$) меньше, чем в опыте 2 ($V_{п2}$). Согласно формуле силы Архимеда, выталкивающая сила в первом опыте будет меньше, чем во втором: $F_{А1} < F_{А2}$. Это также подтверждается показаниями динамометра: на рисунке видно, что пружина в опыте 2 растянута меньше, чем в опыте 1, что означает $P_{1(опыт 2)} < P_{1(опыт 1)}$, а значит $F_{А2} > F_{А1}$.

Теперь рассмотрим предложенные утверждения на основе анализа эксперимента.

1) Выталкивающая сила, действующая на цилиндр в первом опыте, меньше выталкивающей силы, действующей на цилиндр во втором опыте.

Как было установлено выше, объём погружённой части цилиндра в первом опыте меньше, чем во втором. Так как выталкивающая сила прямо пропорциональна объёму погружённой части, то и сила в первом опыте меньше ($F_{А1} < F_{А2}$). Это утверждение является прямым выводом из проведённого эксперимента. Утверждение верно.

2) Выталкивающая сила зависит от плотности жидкости.

Хотя это утверждение является верным физическим законом, в данном эксперименте использовалась одна и та же жидкость, то есть её плотность не менялась. Следовательно, на основании проведённых опытов сделать вывод о зависимости выталкивающей силы от плотности жидкости невозможно. Утверждение не соответствует проведённым опытам.

3) Выталкивающая сила увеличивается при увеличении объёма погружённой части цилиндра.

При переходе от опыта 1 к опыту 2 ученик увеличил объём погружённой части цилиндра. При этом, как показывают показания динамометра, выталкивающая сила возросла. Таким образом, эксперимент напрямую демонстрирует эту зависимость. Утверждение верно.

4) Выталкивающая сила не зависит от объёма цилиндра.

Выталкивающая сила зависит от объёма погружённой части цилиндра. Эксперимент как раз и показывает, что при изменении этого объёма выталкивающая сила изменяется. Следовательно, утверждение неверно.

5) Выталкивающая сила не зависит от материала, из которого изготовлен цилиндр.

Это утверждение физически верно (при одинаковом объёме тела), но для его проверки необходимо было бы провести опыты с цилиндрами одинакового объёма, но из разных материалов. В данном эксперименте использовался только один цилиндр, поэтому сделать такой вывод на основе этих опытов нельзя. Утверждение не соответствует проведённым опытам.

Таким образом, проведённым опытам соответствуют утверждения 1 и 3.

Ответ: 1, 3.