Ответьте на вопросы, страница 159 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему равнодействующая сил давления на боковые грани тела, погруженного в жидкость или газ, равна 0?

2. Почему в морской воде плавать легче, чем в речной воде?

3. Почему в искусственных спутниках Земли закон Архимеда не выполняется?

1. Равнодействующая сил давления на боковые грани тела, погруженного в однородную жидкость или газ, равна нулю из-за симметрии. Рассмотрим две произвольные малые площадки $\text{dS}$ на боковой поверхности тела, расположенные на одинаковой глубине $\text{h}$, но на противоположных сторонах. Согласно закону Паскаля, давление на этой глубине одинаково и равно $p = \rho g h$, где $\rho$ – плотность жидкости, а $\text{g}$ – ускорение свободного падения. Силы давления, действующие на эти площадки, равны по модулю ($dF = p \cdot dS$) и направлены перпендикулярно площадкам, то есть в противоположные стороны. Таким образом, эти две силы компенсируют друг друга. Поскольку всю боковую поверхность тела можно разбить на такие пары симметричных площадок, то и результирующая сила давления на всю боковую поверхность будет равна нулю.

Ответ: Силы давления, действующие на противоположные боковые грани на одной и той же глубине, равны по величине и противоположны по направлению, поэтому они попарно компенсируют друг друга.

2. Плавать в морской воде легче, чем в речной, из-за разной плотности воды. Морская вода содержит растворенные соли, что делает её плотность ($\rho_{морской}$) выше, чем плотность пресной речной воды ($\rho_{речной}$). На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила (сила Архимеда), которая определяется по формуле $F_A = \rho_{жидкости} \cdot g \cdot V_{погр}$, где $\rho_{жидкости}$ — плотность жидкости, а $V_{погр}$ — объем погруженной части тела. Чтобы человек мог держаться на поверхности, выталкивающая сила должна уравновешивать его силу тяжести. Поскольку плотность морской воды больше, для создания такой же по величине выталкивающей силы требуется меньший объем погруженной части тела ($V_{погр\_морской} < V_{погр\_речной}$). Это означает, что в морской воде человек погружается меньше и ему легче держаться на плаву.

Ответ: Плотность соленой морской воды выше плотности пресной речной воды. Согласно закону Архимеда, чем больше плотность жидкости, тем больше выталкивающая сила, действующая на тело того же объема. Поэтому в морской воде на пловца действует большая выталкивающая сила, что и облегчает плавание.

3. Закон Архимеда в привычном понимании не выполняется на борту искусственных спутников Земли из-за состояния невесомости. Сила Архимеда возникает как результат разности гидростатического давления на нижнюю и верхнюю части тела, погруженного в жидкость. Эта разность давлений, в свою очередь, вызвана действием силы тяжести на жидкость. В условиях орбитального полета спутник и все, что находится внутри него, пребывают в состоянии свободного падения, то есть в невесомости. В этом состоянии эффективное ускорение свободного падения $\text{g}$ практически равно нулю ($g \approx 0$). Формула для силы Архимеда имеет вид $F_A = \rho \cdot g \cdot V$. Когда $g \approx 0$, то и выталкивающая сила $F_A$ также стремится к нулю. Жидкость перестает "весить", давление в ней становится одинаковым во всех точках, и разность давлений, создающая выталкивающую силу, исчезает.

Ответ: На искусственных спутниках Земли наблюдается состояние невесомости (свободного падения), при котором ускорение свободного падения $g \approx 0$. Сила Архимеда прямо пропорциональна $\text{g}$, поэтому в этих условиях она практически равна нулю и не проявляется.