Номер 573, 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 573, страница 79.

Условие.

► 573. Возьмите ведёрко Архимеда, сосуд с водой, сосуд с раствором соли, штатив, тело из пластилина (такого же объёма, как ведёрко). Исследуйте, зависит ли архимедова сила от массы тела, глубины погружения, объёма тела, плотности жидкости.

Решение.

Решение

Целью данного исследования является экспериментальная проверка зависимости архимедовой силы от различных физических величин. Архимедова сила ($F_A$), действующая на тело, погруженное в жидкость, может быть измерена с помощью динамометра как разность между весом тела в воздухе ($P_{воздух}$) и его весом в жидкости ($P_{жидкость}$). Формула для расчета: $F_A = P_{воздух} - P_{жидкость}$.

Зависимость архимедовой силы от массы тела

Для проверки этой зависимости необходимо использовать тела одинакового объема, но разной массы. Возьмем предоставленное тело из пластилина и цилиндр из набора "ведёрко Архимеда", убедившись, что их объемы равны, а массы (и, соответственно, вес в воздухе) различны.
1. Подвесим первое тело (например, из пластилина) к динамометру, закрепленному на штативе, и измерим его вес в воздухе $P_1$.
2. Полностью погрузим тело в сосуд с водой и измерим его вес в воде $P'_1$.
3. Вычислим архимедову силу, действующую на первое тело: $F_{A1} = P_1 - P'_1$.
4. Повторим шаги 1-3 для второго тела (цилиндра), имеющего другую массу. Измерим его вес в воздухе $P_2$ и в воде $P'_2$.
5. Вычислим архимедову силу для второго тела: $F_{A2} = P_2 - P'_2$.
В результате эксперимента мы обнаружим, что $F_{A1} = F_{A2}$. Это доказывает, что при одинаковом объеме погруженного тела выталкивающая сила не меняется при изменении его массы.

Ответ: Архимедова сила не зависит от массы тела.

Зависимость архимедовой силы от глубины погружения

1. Подвесим тело из пластилина к динамометру и измерим его вес в воздухе $\text{P}$.
2. Полностью погрузим тело в сосуд с водой на некоторую глубину $h_1$ и зафиксируем показание динамометра $P'_1$.
3. Опустим тело глубже, на глубину $h_2$ ($h_2 > h_1$), следя, чтобы оно не касалось дна, и снова зафиксируем показание динамометра $P'_2$.
4. Сравнив показания, мы увидим, что $P'_1 = P'_2$. Так как архимедова сила в обоих случаях равна $F_A = P - P'$, то и силы $F_{A1}$ и $F_{A2}$ будут равны.

Ответ: Архимедова сила не зависит от глубины погружения, если тело полностью погружено в однородную жидкость.

Зависимость архимедовой силы от объёма тела

В этом эксперименте мы будем изменять объем погруженной части тела.
1. Подвесим тело из пластилина к динамометру и измерим его вес в воздухе $\text{P}$.
2. Погрузим тело в воду наполовину его объема. Измерим вес тела в жидкости $P'_1$ и рассчитаем архимедову силу $F_{A1} = P - P'_1$.
3. Затем погрузим это же тело в воду полностью. Измерим его вес в жидкости $P'_2$ и рассчитаем архимедову силу $F_{A2} = P - P'_2$.
4. Сравнив результаты, мы обнаружим, что $P'_2 < P'_1$, и, следовательно, $F_{A2} > F_{A1}$. Так как объем погруженной части тела во втором случае увеличился, выталкивающая сила также возросла. Опыт показывает прямую пропорциональную зависимость: $F_A \sim V_{погр}$, где $V_{погр}$ — объем погруженной части тела.

Ответ: Архимедова сила прямо пропорциональна объему погруженной в жидкость части тела.

Зависимость архимедовой силы от плотности жидкости

1. Подвесим тело из пластилина к динамометру и измерим его вес в воздухе $\text{P}$.
2. Полностью погрузим тело в сосуд с водой и измерим его вес в этой жидкости $P'_{вода}$. Рассчитаем архимедову силу: $F_{А, вода} = P - P'_{вода}$.
3. Вынем тело, высушим его и полностью погрузим в сосуд с раствором соли, плотность которого выше плотности воды. Измерим вес тела в растворе $P'_{соль}$.
4. Рассчитаем архимедову силу в солевом растворе: $F_{А, соль} = P - P'_{соль}$.
5. Сравнив результаты, мы увидим, что вес тела в соленой воде меньше, чем в пресной ($P'_{соль} < P'_{вода}$), а это значит, что выталкивающая сила в более плотной жидкости (растворе соли) больше: $F_{А, соль} > F_{А, вода}$.

Ответ: Архимедова сила прямо пропорциональна плотности жидкости, в которую погружено тело.