Физика 8 класс(заблокировано) 2016 Задание 1. Гидростатика. Аэростатика

§7. Плавание тел
31 мая - 29 июня

В этот день начнется 1 курс

Начало курса 1058

В этот день завершится 1 курс

Завершение курса 1058

Физика, 8 класс. Задание 1. Гидростатика. Аэростатика

§7. Плавание тел

Лодка из железа, спущенная на воду, плывёт, а эта же лодка, полностью погружённая в воду (затопленная), тонет. Из этого примера видно, что одно и тоже тело может плавать, а может и тонуть. Всё зависит от того, как тело приведено в контакт с жидкостью. Поэтому имеет смысл рассмотреть два случая взаимодействия тела с жидкостью.

1-й случай. Тело плавает в жидкости, т. е. находится в покое, частично погрузившись в жидкость. Это может быть любое тело, например, кусок дерева или катер. Важен сам факт плавания. При этом тело соприкасается только с жидкостью и воздухом, плавая предоставленным самому себе, свободно. На начальном этапе рассмотрения вопроса о плавании не будем учитывать вес вытесненного воздуха. На тело действует направленная вниз сила тяжести FT и направленная вверх сила Архимеда FA. Поскольку сила тяжести FT равна весу тела (в вакууме), а сила Архимеда FA – весу (в вакууме) вытесненной жидкости, то можно сказать, что вес тела равен весу вытесненной жидкости. При более строгом рассмотрении вопроса с учётом веса вытесненного воздуха можно показать, что вес тела в воздухе равен весу (тоже в воздухе) вытесненной жидкости.

Итак, если тело плавает в жидкости, то вес тела в воздухе равен весу в воздухе вытесненной им жидкости.

При решении задач, когда ситуация реальна, различием в весе в воздухе и вакууме обычно пренебрегают, приравнивая вес любого тела силе тяжести, действующей на тело.

Задача 5. Кусок льда объёмом V=0,1 м3 плавает в воде. Найти объём V1 надводной части льда. Плотность воды ρ1=1гсм3, плотность льда ρ2=0,9 гсм3.

Решение. Вес льдины ρ2Vg вес вытесненной воды ρ1(V-V1)g. По закону Архимеда ρ2Vg=ρ1(V-V1)g. Отсюда

V1=(ρ1-ρ2)Vρ1=1-ρ2ρ1·V=0,01 м3.

2-й случай. Тело полностью погружено в жидкость и отпущено. Возьмём в руки какое-нибудь тело (кусочек дерева, стальной болт), погрузим его полностью в жидкость (например, воду) и будем удерживать неподвижно. На тело со стороны Земли действует вниз сила тяжести FT=ρTVg, а со стороны жидкости – вверх выталкивающая сила по закону Архимеда FA=ρЖVg. Здесь V – объём тела, ρT и ρЖ – плотность тела и жидкости. Отпустим тело. Если окажется, что FT>FA, то тело начнёт двигаться вниз, т. е. тонуть. Если будет FT<FA, то тело станет двигаться вверх, т. е. всплывать. После всплытия, когда тело будет плавать, объём погружённой в жидкость части тела окажется таким, что будет обеспечено равенство силы Архимеда (уже меньшей, чем величина FA) и силы тяжести FT. Итак, тело будет плавать, если ρTVg<ρЖVg, т. е. ρT<ρЖ.

Мы получили условие плавания тела: тело, предварительно полностью погружённое в жидкость, плавает в жидкости, если плотность тела меньше плотности жидкости.

Если плотности тела и жидкости равны, то полностью погружённое в жидкость тело может находиться в равновесии (покое) в любом месте жидкости, т. е. тело плавает внутри жидкости. Реально такая ситуация трудно осуществима, так как добиться строгого равенства плотностей нелегко.

Условие плавания сформулировано для тела, предварительно полностью погружённого в жидкость. Предварительное полное погружение важно, так как, например, металлическая миска, не полностью погружённая в воду, может плавать, а полностью погружённая утонет.

Условие плавания сформулировано для однородного тела, т. е. тела, плотность которого одинакова во всех точках тела. Это условие плавания справедливо и для неоднородного тела, например, куска льда с полостью внутри или стеклянной бутылки, заполненной частично водой и закрытой пробкой. В таком случае под плотностью тела надо понимать его среднюю плотность, т. е. отношение массы тела к его объёму.

 

Перейти к тестированию

 

Перейти к следующей теме

 

Вернуться к предыдущей теме