Номер 1, страница 55 - 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. Задание 13 - номер 1, страница 55.

Условие.

1. Используя выводы, сделанные по результатам лабораторной работы № 2, сформулируйте условия плавания лодки.

Решение.

1. Условия плавания лодки, как и любого другого тела, определяются соотношением между силой тяжести, действующей на лодку, и выталкивающей силой (силой Архимеда), действующей на нее со стороны воды. На основе выводов лабораторной работы можно сформулировать следующие условия:

Основное условие, при котором лодка плавает на поверхности воды, заключается в том, что сила тяжести $F_т$, действующая на лодку, уравновешивается выталкивающей силой Архимеда $F_A$, действующей на погруженную часть лодки. Математически это выражается как равенство модулей этих сил:

$F_т = F_A$

Сила тяжести определяется общей массой лодки $\text{m}$ (включая корпус, груз, пассажиров и т.д.) и ускорением свободного падения $\text{g}$: $F_т = m \cdot g$.

Выталкивающая сила (сила Архимеда) равна весу жидкости, вытесненной погруженной частью лодки: $F_A = \rho_ж \cdot g \cdot V_п$, где $\rho_ж$ — плотность жидкости (воды), а $V_п$ — объем погруженной части лодки.

Таким образом, условие плавания можно записать как $m \cdot g = \rho_ж \cdot g \cdot V_п$, что после сокращения на $\text{g}$ дает $m = \rho_ж \cdot V_п$. Это означает, что масса лодки должна быть равна массе воды, вытесненной ее подводной частью.

Исходя из этого, можно выделить три состояния для лодки:

1. Лодка плавает, будучи погруженной в воду частично. Это происходит, когда сила тяжести равна выталкивающей силе. Это возможно до тех пор, пока вес лодки меньше или равен максимальной выталкивающей силе, которая возникает при полном погружении корпуса лодки до его краев. В терминах плотности это означает, что средняя плотность лодки (ее полная масса, деленная на полный объем корпуса) меньше плотности воды: $\rho_{ср} < \rho_{воды}$.

2. Лодка тонет. Это происходит, если сила тяжести становится больше максимальной выталкивающей силы ($F_т > F_{A,макс}$). Такое может случиться при перегрузке лодки или попадании в нее большого количества воды. В этом случае средняя плотность лодки становится больше плотности воды: $\rho_{ср} > \rho_{воды}$.

3. Лодка находится в безразличном равновесии (плавает, полностью погрузившись). Это теоретическая ситуация, когда сила тяжести в точности равна максимальной выталкивающей силе ($F_т = F_{A,макс}$), а средняя плотность лодки равна плотности воды: $\rho_{ср} = \rho_{воды}$.

Ответ: Условием плавания лодки является равенство действующей на нее силы тяжести и выталкивающей силы (силы Архимеда), приложенной к погруженной части ее корпуса ($F_т = F_A$). Лодка будет плавать, пока ее вес не превышает максимального значения выталкивающей силы, равного весу воды в полном объеме корпуса лодки.