Номер 571, страница 79 - 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 571, страница 79.

Условие.

► 571. Проверьте на опыте, что легче — держать ведро без воды в воздухе или с водой в воде. Опыт объясните.

Решение.

На опыте можно убедиться, что держать ведро, наполненное водой и полностью погруженное в воду, значительно легче, чем держать пустое ведро в воздухе. Это явление объясняется действием выталкивающей силы (силы Архимеда) в воде.

Когда мы держим пустое ведро в воздухе, основная сила, которую мы преодолеваем, — это сила тяжести, действующая на ведро. Его вес в воздухе равен $P_{\text{воздух}} = m_{\text{в}}g$, где $m_{\text{в}}$ — масса ведра. Выталкивающей силой со стороны воздуха можно пренебречь.

Когда ведро, наполненное водой, находится в воде, на систему «ведро + вода внутри» действуют следующие силы: сила тяжести ведра, сила тяжести воды внутри ведра и выталкивающая сила со стороны окружающей воды. Выталкивающая сила равна весу воды в объеме, который занимает система (ведро и вода в нем). При этом часть выталкивающей силы, действующая на объем воды внутри ведра, в точности уравновешивает вес этой воды.

В результате, сила, которую необходимо приложить для удержания ведра, равна разности между силой тяжести самого ведра и выталкивающей силой, действующей на объем материала ведра: $P_{\text{вода}} = m_{\text{в}}g - F_{\text{А,в}} = m_{\text{в}}g - \rho_{\text{воды}}gV_{\text{в}}$. Эта величина называется весом тела в жидкости.

Поскольку выталкивающая сила, действующая на материал ведра, $F_{\text{А,в}} > 0$, то вес ведра в воде $P_{\text{вода}}$ всегда меньше его веса в воздухе $P_{\text{воздух}}$. Следовательно, держать ведро с водой в воде легче.

Ответ: Легче держать ведро с водой, погруженное в воду. Это происходит потому, что на любое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила (сила Архимеда), которая уменьшает его вес. В данном случае вес воды внутри ведра полностью компенсируется равной по величине частью выталкивающей силы, и для удержания ведра требуется приложить силу, равную весу самого ведра за вычетом выталкивающей силы, действующей на его материал.