Задание №4 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#45110Задание №4ФИПИ

Закон Архимеда. Плавание тел

Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.

Сосуд полностью (доверху) заполнили водой и уравновесили на рычажных весах (см. рисунок).

Затем в сосуд опустили сплошной медный шарик. Шарик при этом (А)__________ в воде. Часть воды при опускании шарика (Б)__________, равновесие весов при этом (В)__________. Это объясняется тем, что вес вытесненной шариком воды (Г)__________, чем вес медного шарика.

*Список слов и словосочетаний:*
1)	нарушаться
2)	не нарушаться
3)	больше
4)	меньше
5)	плавать при полном погружении
6)	утонуть
7)	выливаться

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Правильный ответ

6714

Пояснение

Решение.

Для решения задачи проанализируем физические процессы, происходящие при погружении медного шарика в сосуд с водой, стоящий на весах.

1. Поведение шарика в воде (А). Плотность меди составляет примерно $\rho_{м} = 8900 \text{ кг/м}^3$ , а плотность воды — $\rho_{в} = 1000 \text{ кг/м}^3$ . Так как плотность материала шарика значительно больше плотности жидкости ( $\rho_{м} > \rho_{в}$ ), то согласно условию плавания тел, шарик будет утонуть (цифра 6).

2. Изменение объёма воды (Б). По закону Архимеда тело, погружённое в жидкость, вытесняет объём этой жидкости, равный объёму погружённой части тела. Поскольку сосуд был заполнен водой доверху, лишняя вода будет выливаться (цифра 7) из сосуда наружу (на чашу весов она не попадает, так как сосуд обычно подвешен или стоит так, что вода стекает за пределы системы измерения).

3. Равновесие весов (В). Первоначально весы были уравновешены. После опускания шарика масса левой части изменилась: добавилась масса шарика $m_{ш}$ , но уменьшилась на массу вытесненной воды $m_{в}$ . Изменение массы равно $\Delta m = m_{ш} - m_{в}$ . Так как шарик утонул, его масса больше массы вытесненной им воды (поскольку при одинаковом объёме плотность меди выше). Следовательно, левая чаша станет тяжелее, и равновесие весов будет нарушаться (цифра 1).

4. Причина нарушения равновесия (Г). Как было сказано выше, шарик тонет только в том случае, если действующая на него сила тяжести больше выталкивающей силы (силы Архимеда). Сила Архимеда численно равна весу вытесненной воды. Таким образом, вес вытесненной шариком воды меньше (цифра 4), чем вес самого медного шарика. В результате на весы начинает действовать дополнительная результирующая сила, направленная вниз.

Ответ: 6714

Источник: ФИПИ