Номер 4, страница 117 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Перышкин

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Параграф 52. Плавание тел - номер 4, страница 117.

Решение.

1) В сосуд с ртутью бросили железную гайку. Утонет или будет плавать гайка?

Дано:

Плотность железа, $\rho_{ж} \approx 7800 \text{ кг/м}^3$

Плотность ртути, $\rho_{р} \approx 13600 \text{ кг/м}^3$

Найти:

Утонет ли железная гайка в ртути или будет плавать.

Решение:

Условие плавания тела в жидкости гласит, что тело плавает, если его плотность меньше плотности жидкости. Если плотность тела больше плотности жидкости, тело тонет. Для ответа на вопрос необходимо сравнить плотность материала гайки (железа) с плотностью жидкости (ртути).

Сравним значения плотностей:

$\rho_{ж} \approx 7800 \text{ кг/м}^3$

$\rho_{р} \approx 13600 \text{ кг/м}^3$

Поскольку плотность железа меньше плотности ртути ($7800 \text{ кг/м}^3 < 13600 \text{ кг/м}^3$), то железная гайка будет плавать в ртути.

Физически это означает, что выталкивающая сила Архимеда, действующая на гайку при полном погружении в ртуть ($F_A = \rho_{р} g V$), будет превышать силу тяжести, действующую на гайку ($F_т = m g = \rho_{ж} g V$). В результате гайка будет выталкиваться на поверхность до тех пор, пока сила тяжести не уравновесится силой Архимеда, действующей на погруженную часть гайки.

Ответ: Гайка будет плавать.

2) Сжимая плавательный пузырь, рыба может подниматься и опускаться в воде. Как это можно объяснить?

Решение:

Способность рыбы подниматься и опускаться в воде основана на законе Архимеда. На рыбу в воде действуют две основные вертикальные силы: сила тяжести $F_т$, направленная вниз, и выталкивающая (архимедова) сила $F_A$, направленная вверх.

Сила тяжести зависит от массы рыбы ($F_т = m g$) и является практически постоянной. Выталкивающая сила зависит от объема тела рыбы, погруженного в воду ($F_A = \rho_{воды} g V$), так как она равна весу вытесненной воды.

Рыба может изменять свой объем, не меняя массы, с помощью плавательного пузыря. Это орган, заполненный газом, объем которого рыба может регулировать с помощью мышц.

• Чтобы опуститься глубже, рыба сжимает плавательный пузырь, уменьшая его объем. Это приводит к уменьшению общего объема тела рыбы. Так как масса рыбы остается прежней, ее средняя плотность увеличивается. Выталкивающая сила, пропорциональная объему, уменьшается и становится меньше силы тяжести ($F_A < F_т$). В результате рыба начинает тонуть.
• Чтобы подняться выше, рыба расслабляет мышцы, и плавательный пузырь расширяется. Общий объем тела рыбы увеличивается, а ее средняя плотность уменьшается. Выталкивающая сила возрастает и становится больше силы тяжести ($F_A > F_т$), что заставляет рыбу всплывать.

Таким образом, изменяя объем плавательного пузыря, рыба контролирует свою плавучесть и может находиться на нужной ей глубине.

Ответ: Сжимая плавательный пузырь, рыба уменьшает свой общий объем. Это приводит к уменьшению выталкивающей силы, и рыба опускается. Расширяя плавательный пузырь, рыба увеличивает свой объем, выталкивающая сила возрастает, и рыба поднимается.