Номер 3, страница 27 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Минькова, Иванова

Наблюдайте за скоростью погружения шариков. Сравните скорости шариков.

При проведении опыта будет наблюдаться, что шарики из разных материалов, имея одинаковый размер, погружаются в воду с разной скоростью. Самым быстрым окажется шарик из фольги, за ним последует шарик из пластилина, а шарик из хлеба будет тонуть медленнее всех.

Это явление объясняется различием в силах, действующих на каждый шарик. На каждый шарик в воде действуют две основные вертикальные силы:

1. Сила тяжести $F_т$, направленная вниз: $F_т = m \cdot g = \rho_т \cdot V \cdot g$, где $\rho_т$ – плотность материала шарика, $\text{V}$ – его объем, а $\text{g}$ – ускорение свободного падения.

2. Выталкивающая сила (сила Архимеда) $F_А$, направленная вверх: $F_А = \rho_ж \cdot g \cdot V$, где $\rho_ж$ – плотность жидкости (воды).

Так как по условию опыта все шарики имеют одинаковый размер, их объемы $\text{V}$ равны. Следовательно, выталкивающая сила $F_А$, действующая на них со стороны воды, также одинакова.

Однако плотности материалов различны. Плотность алюминиевой фольги ($\approx 2700 \text{ кг/м}^3$) больше плотности пластилина ($\approx 1500 \text{ кг/м}^3$), а плотность размоченного хлебного мякиша ($\approx 1100-1200 \text{ кг/м}^3$) меньше, но все они больше плотности воды ($\approx 1000 \text{ кг/м}^3$).

Результирующая сила, заставляющая шарик тонуть (без учета силы сопротивления воды), равна $F_{рез} = F_т - F_А = (\rho_т - \rho_ж) \cdot V \cdot g$. Чем больше плотность материала шарика $\rho_т$, тем больше сила тяжести $F_т$ и, соответственно, больше результирующая сила $F_{рез}$.

Большая результирующая сила приводит к большему ускорению и, в конечном итоге, к большей установившейся скорости погружения (когда сила тяжести уравновешивается суммой силы Архимеда и силы сопротивления воды). Таким образом, шарик из фольги, обладая наибольшей плотностью, будет тонуть с самой большой скоростью. Шарик из хлеба, имея наименьшую плотность среди трех, будет тонуть с наименьшей скоростью.

Ответ: Шарики будут погружаться с разной скоростью. Скорость погружения шарика из фольги будет наибольшей, скорость шарика из пластилина — средней, а скорость шарика из хлеба — наименьшей.

Сделайте вывод.

Скорость погружения тела в жидкость зависит от плотности материала, из которого это тело изготовлено. При одинаковых размерах и форме тела, погружающегося в одну и ту же жидкость, быстрее будет тонуть то тело, плотность которого больше. Это происходит потому, что при равной выталкивающей силе на тело с большей плотностью действует большая сила тяжести, что создает большую результирующую силу, приводящую к более быстрому движению.

Ответ: Скорость погружения тел одинакового объема в жидкость прямо зависит от их плотности: чем больше плотность тела, тем выше скорость его погружения.