Номер 2, страница 52 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 2. Механические свойства жидкостей, газов и твёрдых тел. Параграф 13. Действие жидкости и газа на погружённое в них тело. Вопросы для самопроверки - номер 2, страница 52.

Условие.

2. Что является причиной возникновения выталкивающей силы?

Решение.

Решение

Причиной возникновения выталкивающей силы (силы Архимеда), действующей на тело, погруженное в жидкость или газ, является разность давлений, которые жидкость или газ оказывают на разные по глубине части поверхности тела.

Рассмотрим этот механизм подробнее:

1. Согласно закону Паскаля, давление в жидкости или газе на одном и том же уровне одинаково по всем направлениям. Однако с увеличением глубины погружения давление возрастает. Это происходит из-за веса вышележащих слоев жидкости или газа. Гидростатическое давление на глубине $\text{h}$ рассчитывается по формуле: $p = \rho_{ж(г)} g h$, где $\rho_{ж(г)}$ – плотность жидкости (или газа), $\text{g}$ – ускорение свободного падения, а $\text{h}$ – глубина.

2. Когда тело погружается в жидкость, на его поверхности действует давление со стороны этой жидкости. Сила давления всегда направлена перпендикулярно поверхности тела в каждой ее точке.

3. Поскольку нижняя часть тела находится на большей глубине, чем верхняя, давление жидкости на нижнюю поверхность тела ($p_{нижн}$) оказывается больше, чем давление на верхнюю поверхность ($p_{верхн}$).

4. В результате сила давления, действующая на нижнюю грань тела ($F_{нижн}$), направлена вверх и по модулю больше, чем сила давления, действующая на верхнюю грань ($F_{верхн}$), которая направлена вниз. Силы, действующие на боковые поверхности, для тела симметричной формы (например, цилиндра или параллелепипеда) взаимно компенсируются.

5. Разность этих вертикальных сил и создает результирующую силу, направленную вверх. Эта сила и называется выталкивающей силой или силой Архимеда ($F_A$). Математически это можно выразить так: $F_A = F_{нижн} - F_{верхн}$.

Для примера, рассмотрим тело в форме прямоугольного параллелепипеда с высотой $\Delta h$ и площадью основания $\text{S}$, полностью погруженное в жидкость. Пусть его верхняя грань находится на глубине $h_1$, а нижняя — на глубине $h_2 = h_1 + \Delta h$.

Сила, действующая на верхнюю грань: $F_{верхн} = p_1 S = \rho_{ж} g h_1 S$.

Сила, действующая на нижнюю грань: $F_{нижн} = p_2 S = \rho_{ж} g h_2 S = \rho_{ж} g (h_1 + \Delta h) S$.

Выталкивающая сила: $F_A = F_{нижн} - F_{верхн} = \rho_{ж} g (h_1 + \Delta h) S - \rho_{ж} g h_1 S = \rho_{ж} g \Delta h S$.

Поскольку объем погруженной части тела $V = S \cdot \Delta h$, то формула принимает известный вид закона Архимеда: $F_A = \rho_{ж} g V$. Эта сила равна весу жидкости в объеме, вытесненном телом.

Ответ: Причиной возникновения выталкивающей силы является разность гидростатических давлений, действующих на нижнюю и верхнюю поверхности тела, погруженного в жидкость или газ. Давление на нижние части тела больше, чем на верхние, так как давление в жидкости (или газе) увеличивается с глубиной.