Номер 1, страница 170 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Ответь на вопросы. § 49. Плавание судов. Воздухоплавание. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 1, страница 170.

1. Почему тяжёлые суда могут плавать?

Способность тяжёлых судов плавать, несмотря на то что они сделаны из материалов (в основном из стали), плотность которых значительно выше плотности воды, объясняется законом Архимеда и особенностями их конструкции.

На любое тело, погружённое в жидкость, действуют две основные силы. Первая — это сила тяжести ($F_{тяж}$), направленная вертикально вниз. Она равна произведению массы тела $m$ на ускорение свободного падения $g$: $F_{тяж} = mg$. Вторая — это выталкивающая сила (сила Архимеда, $F_A$), направленная вертикально вверх. Согласно закону Архимеда, эта сила равна весу жидкости, вытесненной телом, и рассчитывается по формуле: $F_A = \rho_{ж} g V_{п}$, где $\rho_{ж}$ — плотность жидкости, а $V_{п}$ — объём погружённой в жидкость части тела.

Тело плавает на поверхности жидкости при условии, что действующая на него выталкивающая сила уравновешивает силу тяжести: $F_A = F_{тяж}$.

Если взять сплошной кусок стали, его плотность будет примерно в 7.8 раз больше плотности воды. При полном погружении объём вытесненной им воды будет равен его собственному объёму. Так как его масса (а следовательно, и сила тяжести) в 7.8 раз больше массы такого же объёма воды, выталкивающая сила окажется недостаточной, чтобы удержать его на плаву, и кусок стали утонет.

Корпус судна, в отличие от сплошного куска стали, имеет особую полостную конструкцию. Он представляет собой огромную чашу. Благодаря такой форме, даже при частичном погружении в воду, судно вытесняет очень большой объём воды, так как его подводная часть имеет огромный объём. Внутренняя часть корпуса при этом заполнена в основном воздухом, что делает среднюю плотность всего судна (общая масса, делённая на общий объём, ограниченный корпусом) меньше плотности воды.

Когда судно спускают на воду, оно погружается до тех пор, пока вес вытесненной им воды (сила Архимеда) не станет равным весу самого судна (сила тяжести). В этот момент силы уравновешиваются, и судно остаётся на плаву. Запас плавучести позволяет судну принимать на борт груз: при увеличении массы судно погружается глубже, вытесняя больше воды, и, следовательно, увеличивая выталкивающую силу до тех пор, пока она снова не сравняется с возросшей силой тяжести.

Ответ: Тяжёлые суда могут плавать благодаря закону Архимеда и своей полой конструкции. Корпус судна имеет большой объём и вытесняет значительное количество воды. Это создаёт выталкивающую силу, которая равна весу вытесненной воды. Судно погружается в воду ровно на такую глубину, чтобы выталкивающая сила уравновесила его огромный вес, что и позволяет ему держаться на плаву.