Задание №16 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для анализа результатов эксперимента вспомним физические основы измерения выталкивающей силы (силы Архимеда) с помощью динамометра. Когда тело погружено в жидкость, на него действуют две основные силы: сила тяжести $F_{тяж}$, направленная вниз, и выталкивающая сила $F_{А}$, направленная вверх. Динамометр показывает вес тела в жидкости $P_{ж}$, который равен разности этих сил: $P_{ж} = F_{тяж} - F_{А}$. Следовательно, чем больше выталкивающая сила, тем меньше показания динамометра (пружина растянута слабее).

Проанализируем представленные опыты и предложенные утверждения:

1) Рассмотрим рисунки. В первом опыте (слева) пружина динамометра растянута сильнее, чем во втором опыте (справа). Это означает, что вес тела в первой жидкости больше, чем во второй. Так как в обоих опытах используется один и тот же цилиндр (сила тяжести одинакова), меньшее растяжение пружины во втором опыте свидетельствует о том, что выталкивающая сила там больше. Таким образом, выталкивающая сила в первом опыте действительно меньше, чем во втором. Утверждение № 1 верно.

2) В данном эксперименте ученик использует один и тот же цилиндр, полностью погружая его в две разные жидкости с плотностями $\rho_{1}$ и $\rho_{2}$. Мы видим, что при неизменном объёме погружённой части тела показания динамометра различаются. Это прямо доказывает, что величина выталкивающей силы меняется при смене жидкости. Утверждение № 2 верно.

3) Согласно закону Архимеда, $F_{А} = \rho_{ж} \cdot g \cdot V_{погр}$. При увеличении объёма погружённой части выталкивающая сила должна увеличиваться, а не уменьшаться. Кроме того, в данном конкретном эксперименте объём погружённой части не менялся (цилиндр оба раза погружён полностью), поэтому сделать такой вывод только на основании этих опытов нельзя. Утверждение № 3 неверно.

4) Хотя теоретически сила Архимеда зависит от объёма тела, в данном эксперименте использовался только один цилиндр постоянного объёма. Чтобы проверить зависимость от объёма, нужно было бы взять два цилиндра разного размера и погрузить их в одну и ту же жидкость. Данный опыт эту зависимость не исследовал. Утверждение № 4 не соответствует опыту.

5) Утверждение о том, что сила Архимеда не зависит от материала тела, является физически верным, однако данный эксперимент этого не доказывает, так как материал цилиндра в обоих опытах оставался неизменным. Утверждение № 5 не соответствует проведённым опытам.

Ответ: 12

Источник: ФИПИ