Задание №492

Возьмите ведёрко Архимеда, сосуд с водой, сосуд с раствором соли, штатив, тело из пластилина (такого же объёма, как ведёрко). Исследуйте, зависит ли архимедова сила от массы тела, глубины погружения, объёма тела, плотности жидкости.

Решение

Ход работы.
1. Укрепим динамометр на штативе и подвесим к нему ведерко Архимеда. Запишем в таблице показание динамометра. Это будет вес тела в воздухе ($P_{возд}$).
2. Подставим стакан с водой и опустим муфту с лапкой и динамометром, пока всё тело не окажется под водой, до отметки 150 мл. Запишем в таблицу показание динамометра. Это будет вес тела в воде ($P_{вода1}$).
4. Вычислим выталкивающую силу, действующую на тело:
$F_{A} = P_{возд} - P_{водa1}$.
5. Опустим ведерко Архимеда в сосуд с водой до отметки 90 мл. Запишем показание в таблицу ($P_{вода2}$, Н).
6. Вместо чистой воды возьмём насыщенный раствор соли и снова определим выталкивающую силу, действующую на ведерко. Для этого подставим стакан с раствором соли и опустим муфту с лапкой и динамометром, пока всё ведерко не окажется в растворе соли. Запишем в таблицу показание динамометра. Это будет вес тела в насыщенном растворе соли в воде ($P_{р-р}$).
$F_{A} = P_{возд} - P_{р-р}$.
7. Подвесим к динамометру другое тело − тело из пластилина и определим выталкивающую силу, действующую на него в чистой воде и в растворе соли.
8. Запишем полученные результаты в таблицу.

$P_{возд}$, Н $P_{вода1}$, Н $F_{A}$, Н $P_{р-р}$, Н $F_{A_{1}}$, Н $P_{вода2}$, Н $F_{A_{2}}$, Н
Ведерко Архимеда 1,5 1 0,5 0,8 0,7 1 0,5
Тело из пластилина 1 0,5 0,5 0,3 0,7 − −
Вывод.
На все тела, погруженные в жидкость или газ, действует выталкивающая сила (сила Архимеда). Архимедова сила зависит от плотности жидкости, в которую погружено тело, и от объёма погруженной части тела
$F_{а} = gρ_{ж}V_{т}$.
Чем больше плотность жидкости или объём погруженной части тела, тем больше выталкивающая сила.
Выталкивающая сила не зависит от плотности вещества тела, погружаемого в жидкость, от массы тела, глубины погружения.

Задание №493

Два одинаковых стакана наполнены до краёв водой. В одном из них плавает деревянный брусок. Какой из сосудов перетянет, если их поставить на весы? Результат проверьте опытным путём.

Решение

Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости, вытесненной этим телом.
Весы будут находиться в равновесии, так как вес сосудов равен.

Задание №494

На одну чашу весов поставьте сосуд с водой, а на другую − штатив, на перекладине которого подвешено тело (рис. 59). Сохранится ли равновесие, если нитку удлинить так, чтобы тело целиком погрузилось в воду? Если нет, то какая чаша перетянет?
рис. 59

Решение

Равновесие весов нарушится. Сила Архимеда выталкивает груз и штатив оказывает меньшее воздействие на чашу весов. Сила уменьшается на величину Архимедовой силы. Сила противодействующая выталкивающей направлена вниз и поэтому левая чаша весов перевесит.

Задание №495

Возьмите сосуд с узким горлышком (можно бутылку из−под молока) и наполните его доверху водой. Затем возьмите маленький пузырёк и поместите его в сосуд с водой отверстием вниз. Наклонив пузырёк, впустите в него такое количество воды, чтобы он держался на поверхности, но от малейшего толчка уходил под воду. Горлышко сосуда закройте резиновой плёнкой и закрепите его ниткой вокруг горлышка. Если нажать на плёнку, пузырёк − «водолаз» пойдёт ко дну, если отпустить, «водолаз» всплывёт. Эту игрушку сделал французский учёный Рене Декарт. Объясните причины перемещения «водолаза».

Решение

В таком приборе образуется две емкости: одна с воздухом (сверху), другая с водой (внизу). При надавливании на кожу, объем верхней части уменьшался, что вызывало повышение давления в ней. Согласно закону Паскаля давление распределяется равномерно во всех направлениях.
В запаянной фигурке давление воздуха оставалось неизменным, поэтому при повышении давления в верхней части прибора на фигурку действовала большая сила (давления воздуха извне), чем при обычном давлении. В связи с этим фигурка тонула.

Задание №496

Однажды царь спросил у Архимеда, сколько нужно взять золота, чтобы его масса была равна массе слона. Предложите способ, позволивший Архимеду справиться с этой задачей.

Решение

Нужно сначала погрузить слона на плот, отметить уровень погружения, а затем загрузить на плот слитки золота до такого же погружения.

Задание №497

Два одинаковых шара уравновешены в воздухе (рис. 60). Если один шар опустить в сосуд с водой, то вода будет выталкивать его и коромысло наклонится. Изобретатель утверждал, что шар, оказавшись на поверхности воды, снова приобретёт свой вес, снова будет опускаться в воду, а коромысло вечно будет качаться. В чём ошибка изобретателя?
рис. 60

Решение

Изобретатель не учел, что при входе в воду шар должен преодолеть ее сопротивление, т.е. "двигатель" совершает работу по преодолению силы трения и вязкости жидкости. В результате этой работы колебания будут затухающие. Амплитуда будет снижаться пока совсем не обратится в ноль. В воздухе на шарик действует сила тяжести. Эта сила остановит шарик и отправит его обратно в воду, но уже на меньшую глубину. Если глубина меньше, то шарик меньше разгонится и, следовательно, меньше поднимется над водой.