Номер 2, страница 166 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Обсуди с товарищами. § 48. Плавание тел. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 2, страница 166.

2. На груди и на спине водолаза размещают специальные утяжелители, точно такие же имеются на башмаках. Зачем это делают?

Специальные утяжелители на снаряжении водолаза выполняют две ключевые функции: компенсацию плавучести и обеспечение устойчивости.

Компенсация плавучести

На тело водолаза и его снаряжение в воде действует выталкивающая сила (сила Архимеда), направленная вверх. Эта сила $F_A$ возникает из-за того, что тело вытесняет определенный объем воды. Человеческое тело, а особенно воздух в легких и в полостях водолазного костюма, имеет плотность меньше плотности воды, что создает значительную положительную плавучесть. В результате выталкивающая сила $F_A$ оказывается больше, чем сила тяжести $F_g$, действующая на водолаза. Без дополнительного веса водолаза будет выталкивать на поверхность.

Специальные утяжелители, сделанные из плотных материалов (чаще всего свинца), увеличивают общую массу системы «водолаз + снаряжение». Это приводит к увеличению силы тяжести до тех пор, пока она не превысит выталкивающую силу ($F_g > F_A$). Таким образом, создается отрицательная плавучесть, которая позволяет водолазу легко погружаться и оставаться на нужной глубине, не прилагая усилий для борьбы с выталкиванием наверх.

Обеспечение устойчивости

Расположение утяжелителей на груди, спине и, что особенно важно, на башмаках, играет критическую роль в обеспечении устойчивости водолаза. Центр плавучести (точка, к которой «приложена» выталкивающая сила) находится довольно высоко — в районе груди, где сосредоточен основной объем воздуха в легких.

Тяжелые грузы, размещенные на поясе и ногах, смещают общий центр тяжести всей системы (водолаз со снаряжением) значительно ниже центра плавучести. Когда центр тяжести находится ниже центра плавучести, система находится в состоянии устойчивого равновесия. Если водолаз случайно наклонится или потеряет равновесие, пара сил (сила тяжести, тянущая вниз, и сила плавучести, толкающая вверх) создаст возвращающий момент, который автоматически выпрямит его, вернув в вертикальное положение ногами вниз. Это жизненно важно для безопасности и удобства работы, особенно при ходьбе по дну.

Ответ: Утяжелители необходимы, во-первых, для увеличения веса водолаза, чтобы он мог преодолеть выталкивающую силу воды и погрузиться. Во-вторых, их размещение (особенно на ногах) смещает центр тяжести вниз, что делает положение водолаза в воде очень устойчивым и помогает ему не опрокидываться.