Задание №5 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#43941Задание №5ФИПИ

Закон Архимеда. Плавание тел

Сплошной шарик из парафина сначала опустили в сосуд с водой, а затем – в сосуд со спиртом. Сравните выталкивающие силы, действующие на шарик со стороны воды и со стороны спирта.

Выталкивающая сила в сосуде с водой равна выталкивающей силе в сосуде со спиртом, так как в обоих случаях выталкивающая сила уравновешивает одну и ту же силу тяжести, действующую на шарик.

Выталкивающая сила в сосуде со спиртом больше, так как выталкивающая сила прямо пропорциональна объёму погружённой части тела (в спирт шарик погружается полностью, тогда как в воде плавает при частичном погружении) .

Выталкивающая сила в сосуде с водой больше, так как в воде шарик плавает, и выталкивающая сила уравновешивает силу тяжести, действующую на шарик, а в спирте шарик тонет, т.е. выталкивающая сила меньше силы тяжести.

Выталкивающая сила в сосуде с водой больше, так как выталкивающая сила прямо пропорциональна плотности жидкости (плотность воды больше плотности спирта) .

Правильный ответ

Пояснение

Решение.

Для решения задачи необходимо сравнить плотность материала шарика с плотностями жидкостей, в которые его помещают. Это позволит определить, будет ли шарик плавать на поверхности или утонет.

1. Анализ плотностей.
Согласно справочным данным:
— плотность парафина $\rho_{ш} = 900 \, \text{кг/м}^3$ ;
— плотность воды $\rho_{в} = 1000 \, \text{кг/м}^3$ ;
— плотность спирта $\rho_{с} = 800 \, \text{кг/м}^3$ .

2. Поведение шарика в воде.
Так как плотность парафина меньше плотности воды ( $\rho_{ш} < \rho_{в}$ ), шарик в воде будет плавать на поверхности. Согласно условию плавания тел, для плавающего тела сила тяжести $F_{тяж}$ уравновешивается выталкивающей силой (силой Архимеда) $F_{А1}$ :
$F_{А1} = F_{тяж}$ .

3. Поведение шарика в спирте.
Так как плотность парафина больше плотности спирта ( $\rho_{ш} > \rho_{с}$ ), шарик в спирте будет тонуть и опустится на дно. В этом случае сила тяжести больше выталкивающей силы $F_{А2}$ :
$F_{А2} < F_{тяж}$ .

4. Сравнение сил.
Из полученных соотношений ( $F_{А1} = F_{тяж}$ и $F_{А2} < F_{тяж}$ ) следует, что выталкивающая сила в воде равна силе тяжести, а в спирте она меньше силы тяжести. Следовательно, выталкивающая сила в воде больше, чем в спирте:
$F_{А1} > F_{А2}$ .

Таким образом, верным является утверждение, что в воде шарик плавает (сила Архимеда равна силе тяжести), а в спирте тонет (сила Архимеда меньше силы тяжести).

Ответ: 3

Источник: ФИПИ