Номер 193, страница 35 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Законы движения и взаимодействия тел. Третий закон Ньютона - номер 193, страница 35.

Условие.

► 193. Уравновесьте два стакана с водой на чашках рычажных весов. Нарушится ли равновесие, если в один из стаканов опустить на нити грузик так, чтобы он весь погрузился в воду, но не касался дна? Изменится ли результат эксперимента, если вместо грузика в один из стаканов опустить палец, чтобы он не касался дна и стенок сосуда? Поясните результаты экспериментов.

Решение.

Решение

Нарушится ли равновесие, если в один из стаканов опустить на нити грузик так, чтобы он весь погрузился в воду, но не касался дна?

При погружении грузика в воду равновесие весов нарушится. На грузик со стороны воды действует выталкивающая сила (сила Архимеда), направленная вверх. В соответствии с третьим законом Ньютона, грузик давит на воду с силой, равной по модулю силе Архимеда, но направленной вниз. Эта дополнительная сила, действующая на воду, увеличивает давление на дно стакана, в результате чего чашка весов с этим стаканом перевесит.

Ответ: Да, равновесие нарушится.

Изменится ли результат эксперимента, если вместо грузика в один из стаканов опустить палец, чтобы он не касался дна и стенок сосуда?

Качественно результат эксперимента не изменится. При погружении пальца в воду равновесие весов также нарушится по той же причине. Вода выталкивает палец, а палец давит на воду, увеличивая вес, измеряемый весами. Поэтому чашка весов, в стакан которой погружен палец, перевесит.

Ответ: Нет, принципиально результат эксперимента не изменится.

Поясните результаты экспериментов.

Оба эксперимента демонстрируют совместное действие закона Архимеда и третьего закона Ньютона.

1. На любое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила $F_A$, равная весу вытесненной жидкости. По закону Архимеда:

$F_A = \rho_{ж} \cdot g \cdot V_{погр}$

где $\rho_{ж}$ — плотность жидкости, $g$ — ускорение свободного падения, а $V_{погр}$ — объем погруженной части тела.

2. Согласно третьему закону Ньютона, сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. Если вода действует на тело с выталкивающей силой $F_A$ (направленной вверх), то тело действует на воду с силой $P_{доп}$, равной по модулю $F_A$, но направленной в противоположную сторону (вниз).

$P_{доп} = F_A$

3. Эта дополнительная сила $P_{доп}$ передается через воду на дно стакана и увеличивает показания весов. Весы показывают суммарный вес стакана с водой и этой дополнительной силы. Важно, что собственный вес тела (грузика или пальца) не передается на весы, так как тело удерживается внешней силой (натяжением нити или силой мышц руки).

Таким образом, в обоих случаях чашка весов, на которой находится стакан с погруженным телом, будет испытывать большую силу давления, и равновесие нарушится.

Ответ: Равновесие в обоих случаях нарушается из-за того, что погруженное тело давит на воду с силой, равной по модулю выталкивающей силе Архимеда. Эта сила увеличивает вес, измеряемый весами.