Номер 3, страница 154 - гдз по физике 7 класс учебник Кронгарт, Даданбеков

3. На чем основано плавание судов?

3. На чем основано плавание судов?

Плавание судов основано на законе Архимеда. Этот закон гласит, что на любое тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная по величине весу жидкости, вытесненной этим телом. Эта сила называется силой Архимеда ($F_A$).

На любое судно, находящееся на воде, действуют две основные силы:

1. Сила тяжести ($F_g$), направленная вертикально вниз. Она равна произведению массы судна ($m$) на ускорение свободного падения ($g$): $F_g = m \cdot g$.

2. Архимедова (выталкивающая) сила ($F_A$), направленная вертикально вверх. Она равна весу воды, вытесненной подводной частью судна: $F_A = \rho_{воды} \cdot g \cdot V_{погр}$, где $\rho_{воды}$ – плотность воды, а $V_{погр}$ – объем погруженной части судна.

Судно плавает на поверхности воды при выполнении условия равновесия, то есть когда сила Архимеда равна силе тяжести:

$F_A = F_g$

Подставив выражения для сил, получаем:

$\rho_{воды} \cdot g \cdot V_{погр} = m \cdot g$

Сократив $g$, получаем условие плавания:

$\rho_{воды} \cdot V_{погр} = m$

Это означает, что судно погружается в воду ровно на такую глубину (эта глубина называется осадкой), при которой объем вытесненной им воды ($V_{погр}$) имеет массу, равную массе всего судна ($m$).

Несмотря на то, что корабли строят из материалов, плотность которых намного больше плотности воды (например, сталь), они не тонут. Это достигается за счет их конструкции: корпус судна имеет большой внутренний объем, значительная часть которого заполнена воздухом. В результате средняя плотность всего судна (его общая масса, деленная на его полный объем) оказывается меньше плотности воды. Это и позволяет кораблю плавать, погружаясь лишь на часть своего объема.

Ответ: Плавание судов основано на законе Архимеда. Судно плавает, когда действующая на него выталкивающая сила, равная весу вытесненной им воды, уравновешивает его силу тяжести. Это возможно благодаря тому, что корпус судна имеет большой внутренний объем, из-за чего его средняя плотность меньше плотности воды.