Задание №16 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для правильного выбора утверждений проанализируем условия эксперимента и показания прибора, представленные на рисунке.

1. Анализ условий опыта:
Согласно описанию, во всех трёх опытах используются сосуды с одинаковой площадью дна $S$. В сосуды налита одна и та же жидкость (вода), следовательно, её плотность $\rho$ неизменна. Высота столба жидкости $h$ во всех трёх случаях одинакова (это зафиксировано с помощью указателя на штативе). Сосуды имеют разную форму: цилиндрическую, сужающуюся кверху и расширяющуюся кверху.

2. Анализ показаний прибора:
Прибор измеряет силу давления жидкости на дно. Мы видим, что во всех трёх опытах стрелка прибора отклонилась на одно и то же деление шкалы. Это означает, что сила давления $F$ во всех трёх случаях одинакова.

3. Проверка утверждений:
1) При увеличении высоты столба жидкости сила давления на дно сосуда увеличивается. Хотя это физически верно, в данном эксперименте высота $h$ не менялась, поэтому на основании только этих опытов сделать такой вывод нельзя.
2) Сила давления воды на дно сосудов во всех трёх опытах одинакова. Это утверждение соответствует наблюдениям: стрелка прибора во всех трёх случаях указывает на одну и ту же отметку. Утверждение верно.
3) Сила давления жидкости на дно сосуда зависит от плотности жидкости. В опытах использовалась только вода, плотность не менялась. Эксперимент не позволяет подтвердить или опровергнуть это утверждение.
4) Сила давления жидкости на дно сосуда зависит от площади дна сосуда. Площадь дна во всех опытах была одинаковой, поэтому зависимость от площади в данном эксперименте не исследовалась.
5) Сила давления жидкости на дно сосуда не зависит от формы сосуда. В опыте использовались сосуды разной формы при неизменных $\rho$, $g$, $h$ и $S$. Поскольку показания прибора (сила давления) оказались равными, мы делаем вывод, что форма сосуда не влияет на силу давления на дно. Утверждение верно.

Данный эксперимент иллюстрирует «гидростатический парадокс»: сила давления на дно сосуда зависит только от плотности жидкости, высоты её столба и площади дна ($F = P \cdot S = \rho \cdot g \cdot h \cdot S$), но не зависит от формы сосуда и веса налитой в него жидкости.

Ответ: 25

Источник: ФИПИ