Ответьте на вопросы, страница 164 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

При каком условии дельфины всплывают на поверхность воды (рис. 156)?

Рис. 156. Дельфины легко погружаются в толщину воды и всплывают на ее поверхности

Решение

Для того чтобы тело, находящееся в жидкости, всплывало, необходимо выполнение условия плавания тел. Согласно закону Архимеда, на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила (сила Архимеда), равная весу вытесненной жидкости. Тело будет всплывать, если эта выталкивающая сила $F_A$ больше силы тяжести $F_g$, действующей на тело.

Условие всплытия можно записать в виде неравенства:

$F_A > F_g$

Сила тяжести, действующая на дельфина, определяется его массой $m_д$ и ускорением свободного падения $\text{g}$: $F_g = m_д \cdot g$. Массу дельфина можно выразить через его среднюю плотность $\rho_д$ и объем $V_д$: $m_д = \rho_д \cdot V_д$. Тогда $F_g = \rho_д \cdot V_д \cdot g$.

Выталкивающая сила (сила Архимеда), действующая на полностью погруженного дельфина, равна весу воды в объеме, равном объему дельфина: $F_A = \rho_в \cdot g \cdot V_д$, где $\rho_в$ — плотность воды.

Подставим выражения для сил в наше условие всплытия:

$\rho_в \cdot g \cdot V_д > \rho_д \cdot V_д \cdot g$

Сократив обе части на $g \cdot V_д$ (эта величина положительна), получим основное условие, при котором дельфин будет всплывать:

$\rho_в > \rho_д$

Это означает, что дельфин всплывает на поверхность, когда его средняя плотность становится меньше плотности воды. Дельфины могут управлять своей плавучестью, изменяя объем воздуха в своих легких. Когда дельфин делает вдох и наполняет легкие воздухом, общий объем его тела увеличивается, а средняя плотность уменьшается. Если средняя плотность становится меньше плотности воды, дельфин начинает всплывать. И наоборот, выдыхая воздух, дельфин увеличивает свою среднюю плотность и может погружаться глубже.

Ответ: Дельфины всплывают на поверхность воды при условии, что действующая на них выталкивающая сила (сила Архимеда) превышает их силу тяжести. Это условие выполняется, когда средняя плотность тела дельфина становится меньше плотности воды.