Номер 1, страница 174 - гдз по физике 9 класс учебник Шахмаев, Бунчук

Глава 9. Гидро- и аэростатика. Параграф 37. Закон Архимеда и его применение - номер 1, страница 174.

Условие.

1. Почему возникает выталкивающая сила?

Решение.

1. Выталкивающая сила, также известная как сила Архимеда, возникает на любое тело, погруженное в жидкость или газ. Причина её появления заключается в разности гидростатического давления, которое среда оказывает на тело на разных глубинах.

Давление в жидкости или газе увеличивается с глубиной. Это можно описать формулой гидростатического давления:

$p = \rh°\cdot g \cdot h$

где $\text{p}$ – давление, $\rho$ – плотность жидкости или газа, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, а $\text{h}$ – глубина погружения.

Рассмотрим тело, погруженное в жидкость. Его нижняя часть находится на большей глубине, чем верхняя. Следовательно, давление жидкости на нижние участки поверхности тела больше, чем на верхние. Силы давления, действующие на боковые поверхности тела, на одинаковых глубинах уравновешивают друг друга.

Сила давления ($\text{F}$), действующая на поверхность площадью ($\text{S}$), равна $F = p \cdot S$. Так как давление на нижнюю грань ($p_2$) больше давления на верхнюю грань ($p_1$), то и сила, выталкивающая тело вверх ($F_2$), будет больше силы, действующей на тело вниз ($F_1$).

Результирующая этих сил и есть выталкивающая сила ($F_A$), направленная вертикально вверх:

$F_A = F_2 - F_1 = p_2 \cdot S - p_1 \cdot S = (\rh°\cdot g \cdot h_2) \cdot S - (\rh°\cdot g \cdot h_1) \cdot S = \rh°\cdot g \cdot (h_2 - h_1) \cdot S$

Величина $(h_2 - h_1) \cdot S$ представляет собой объем погруженной в жидкость части тела $V_т$. Таким образом, выталкивающая сила равна весу жидкости, вытесненной телом:

$F_A = \rho_ж \cdot g \cdot V_т$

Ответ: Выталкивающая сила возникает из-за разности давлений, которые жидкость или газ оказывают на верхнюю и нижнюю поверхности погруженного тела. Поскольку давление растет с глубиной, сила, действующая на нижнюю поверхность тела, больше силы, действующей на верхнюю. Эта разность сил и создает направленную вверх выталкивающую силу.