Номер 572, 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 572, страница 79.

Условие.

► 572. а) Почему свежее яйцо тонет в воде, а испорченное всплывает? При возможности проверьте на опыте.

б) Как заставить всплыть яйцо, погружённое в банку с водой, не прикасаясь руками ни к яйцу, ни к банке?

Решение.

Решение

а) Поведение тела, погруженного в жидкость, определяется соотношением его средней плотности и плотности жидкости. Тело тонет, если его средняя плотность больше плотности жидкости, и всплывает, если его средняя плотность меньше плотности жидкости.

Свежее яйцо почти полностью заполнено жидким содержимым и имеет лишь небольшую воздушную камерu. Его средняя плотность ($\rho_{яйца}$) оказывается немного выше плотности пресной воды ($\rho_{воды} \approx 1000$ кг/м³). В этом случае сила тяжести, действующая на яйцо ($F_т = m_я g$), превышает выталкивающую силу Архимеда ($F_A = \rho_{воды} g V_я$), поэтому яйцо опускается на дно. Условие того, что яйцо тонет: $\rho_{яйца} > \rho_{воды}$.

С течением времени содержимое яйца начинает портиться и разлагаться. В ходе этого процесса образуются газы. Кроме того, через пористую скорлупу испаряется часть влаги. В результате масса яйца уменьшается, а объем воздушной камеры внутри него увеличивается. Это приводит к снижению средней плотности яйца. Когда средняя плотность яйца становится меньше плотности воды ($\rho_{яйца} < \rho_{воды}$), выталкивающая сила начинает превышать силу тяжести, и яйцо всплывает на поверхность.

Ответ: Свежее яйцо тонет, потому что его средняя плотность больше плотности воды. В процессе порчи внутри яйца образуются газы, а часть влаги испаряется, что приводит к уменьшению его средней плотности. Когда плотность яйца становится меньше плотности воды, оно всплывает.

б) Чтобы заставить утонувшее яйцо всплыть, необходимо увеличить выталкивающую силу, действующую на него со стороны воды, так, чтобы она стала больше силы тяжести. Согласно закону Архимеда, выталкивающая сила определяется формулой $F_A = \rho_{ж} \cdot g \cdot V_т$, где $\rho_{ж}$ — плотность жидкости, а $V_т$ — объем погруженного тела.

Так как сила тяжести, действующая на яйцо, и его объем постоянны, для увеличения выталкивающей силы $F_A$ необходимо увеличить плотность жидкости $\rho_{ж}$. Сделать это, не прикасаясь к яйцу или банке, можно, добавив в воду вещество, которое в ней растворится и увеличит плотность получившегося раствора. Самый простой и доступный способ — растворить в воде поваренную соль.

Нужно аккуратно насыпать соль в банку с водой и дождаться ее растворения (или осторожно перемешать, не касаясь банки). Плотность соленой воды выше плотности пресной. По мере добавления соли плотность раствора будет расти. Когда плотность раствора превысит среднюю плотность яйца, выталкивающая сила станет больше силы тяжести, и яйцо всплывет.

Ответ: Необходимо растворить в воде достаточное количество поваренной соли. Это увеличит плотность воды. Когда плотность солевого раствора станет больше средней плотности яйца, оно всплывет.