Тело находящееся в газе плавает на каком рисунке правильно изображены архимедова сила и сила тяжести
Добавил пользователь Дмитрий К. Обновлено: 04.10.2024
Архимедова сила: что это такое и как действует
Гениальный учёный Архимед, живший в древнегреческих Сиракузах в III веке до нашей эры, прославился среди современников как создатель оборонительных машин, способных перевернуть боевой корабль. Другое его изобретение, «Архимедов винт», по сей день остаётся важнейшей деталью гигантских буровых установок и кухонных мясорубок. Мир обязан Архимеду революционными открытиями в области оптики, математики и механики.
Его личность окутана легендами, порой весьма забавными. С одной из них мы и начнём нашу статью.
«Эврика!» Открытие закона Архимеда
Однажды царь Сиракуз Гиерон II обратился к Архимеду с просьбой установить, действительно ли его корона выполнена из чистого золота, как утверждал ювелир. Правитель подозревал, что мастер прикарманил часть драгоценного металла и частично заменил его серебром.
В те времена не существовало способов определить химический состав металлического сплава. Задача поставила учёного в тупик. Размышляя над ней, он отправился в баню и лёг в ванну, до краёв наполненную водой. Когда часть воды вылилась наружу, на Архимеда снизошло озарение. Такое, что учёный голышом выскочил на улицу и закричал «Эврика!», что по-древнегречески означает «Нашёл!».
Он предположил, что вес вытесненной воды был равен весу его тела, и оказался прав. Явившись к царю, он попросил принести золотой слиток, равный по весу короне, и опустить оба предмета в наполненные до краёв резервуары с водой. Корона вытеснила больше воды, чем слиток. При одной и той же массе объём короны оказался больше, чем объём слитка, а значит, она обладала меньшей плотностью, чем золото. Выходит, царь правильно подозревал своего ювелира.
Так был открыт принцип, который теперь мы называем законом Архимеда:
На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела.
Эта выталкивающая сила и называется силой Архимеда.
Формула силы Архимеда
На любой объект, погружённый в воду, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Таким образом, вес объекта, погружённого в воду, будет отличаться от его веса в воздухе в меньшую сторону. Разница будет равна весу вытесненной воды.
Чем больше плотность среды — тем меньше вес. Именно поэтому погрузившись в воду, мы можем легко поднять другого человека.
Выталкивающая сила зависит от трёх факторов:
- плотности жидкости или газа (p);
- ускорения свободного падения (g);
- объёма погружённой части тела (V).
Сопоставив эти данные, получаем формулу:
Как действует сила Архимеда
Поскольку сила Архимеда, действующая на тело, зависит от объёма его погружённой части и плотности среды, в которой оно находится, можно рассчитать, как поведёт себя то или иное тело в определённой жидкости или газе.
Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.
Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.
Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдёт на дно.
Сила Архимеда в жидкости: почему корабли не тонут
Корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Но если корабль получит пробоину и пространство внутри заполнится водой, то общая плотность судна увеличится, и оно утонет.
В подводных лодках существуют специальные резервуары, заполняемые водой или сжатым воздухом в зависимости от того, нужно ли уйти на глубину или подняться ближе к поверхности. Тот же самый принцип используют рыбы, наполняя воздухом специальный орган — плавательный пузырь.
На тело, плотно прилегающее ко дну, выталкивающая сила не действует. Это учитывают при подъёме затонувших кораблей. Сначала судно слегка приподнимают, позволяя воде проникнуть под него. Тогда давление воды начинает действовать на корабль снизу.
Но чтобы поднять корабль на поверхность, необходимо уменьшить его плотность. Разумеется, воздух в получившем пробоину корпусе не удержится. Поэтому его заполняют каким-нибудь лёгким веществом, например, шариками пенополистирола.
Примечательно, что эта идея впервые пришла в голову не учёным, а авторам диснеевского комикса, в котором Дональд Дак таким образом поднимает со дна яхту Скруджа Макдака. Датский инженер Карл Кройер (Karl Krøyer), впервые применивший метод на практике, по собственному признанию вдохновлялся «Утиными историями».
Сила Архимеда в газах: почему летают дирижабли
В воздухе архимедова сила действует так же, как в жидкости. Но поскольку плотность воздуха обычно намного меньше, чем плотность окружённых им предметов, выталкивающая сила оказывается ничтожно мала.
Впрочем, есть исключения. Воздушный шарик, наполненный гелием, стремится вверх именно потому, что плотность гелия ниже, чем плотность воздуха. А если наполнить шар обычным воздухом — он упадёт на землю. Плотность воздуха в нём будет такая же, как у воздуха снаружи, но более высокая плотность резины обеспечит падение шарика.
Этот принцип используется в аэростатах — воздушные шары и дирижабли наполняют гелием или горячим воздухом (чем горячее воздух, тем ниже его плотность), чтобы подняться, и снижают концентрацию гелия (или температуру воздуха), чтобы спуститься. На них действует та же выталкивающая сила, что и на подводные лодки. Именно поэтому перемещения на аэростатах называют воздухоплаванием.
Тело находящееся в газе плавает на каком рисунке правильно изображены архимедова сила и сила тяжести
Кубик из древесины сначала плавает в сосуде с водой, а затем — в сосуде со спиртом. При этом в сосуде со спиртом сила Архимеда, действующая на кубик,
1) не изменилась, а объём погружённой в жидкость части кубика уменьшился
2) не изменилась, а объём погружённой в жидкость части кубика увеличился
3) увеличилась, а объём погружённой в жидкость части кубика уменьшился
4) уменьшилась, а объём погружённой в жидкость части кубика увеличился
Сила Архимеда равна ρgV, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, V — объём жидкости, вытесненной телом. Масса кубика постоянна. Поскольку кубик и в воде и в спирте плавает, по второму закону Ньютона это означает, что сила тяжести равна силе Архимеда. Следовательно, сила Архимеда не изменится. Плотность спирта меньше плотности воды, поэтому объём погруженной части больше в спирте.
Правильный ответ указан под номером 2.
Сила Архимеда=Плотность жидкости умножить на Объём тела и умножить на ускорение свободного падения, перенесли кубик из древесины из воды в спирт, значит сила Архимеда уменьшилась, потому, что плотность воды больше чем плотность спирта.
Сила Архимеда = плотность жидкости умножить на объём части тела, погруженной в жидкость, и умножить на ускорение свободного падения. Погруженный объём деревянного кубика в воде и спирте разный.
Лодка плавает в небольшом бассейне. Как изменится уровень воды в бассейне, если из лодки осторожно опустить в бассейн большой камень? Ответ поясните.
Ответ: уровень воды понизится.
При перекладывании камня из лодки в воду общий уровень давления на дно бассейна не изменится. Однако вначале на дно давила только вода, а в конце на дно давят камень и вода. Следовательно, давление воды на дно уменьшается (на величину давления камня на дно), а значит, уровень воды понижается.
Приведем другое объяснение.
Вначале, как вытекает из условия равновесия и формулы для силы Архимеда, объем вытесненной воды равен где mл — масса лодки, а mк — масса камня. После перекладывания камня на дно — лодка по-прежнему вытесняет объем а опустившийся на дно камень вытесняет собственный объем поскольку Изменение объема то есть вытесненный объем уменьшился, а значит, уровень воды понизился.
Если груз, который опускают из лодки в воду, не тонет, то уровень не изменится, так как объем вытесненной лодкой воды уменьшится, а объем вытесненной грузом воды это компенсирует. Если же груз тонет, то уровень воды понизится.
Понижение связано с тем, что лежащий на дне груз вытесняет объём воды, равный объёму этого груза. А лежащий в лодке груз вытесняет объём воды, весящий столько же, сколько весит этот груз.
Рассмотрим заодно задачу о тонущей лодке.
В бассейне плавает лодка. Что произойдет с уровнем воды в бассейне, если в днище лодки проделать отверстие и лодка начнет погружаться?
Пока лодка находится на плаву, уровень воды меняться не будет: объем погруженной части лодки будет постепенно увеличиваться на столько же, на сколько увеличивается проникающий в лодку объем воды. Затем, набрав определенное количество воды, лодка не сможет оставаться на плаву и начнет погружаться на дно. В этот момент уровень воды в бассейне понизится.
Сила Архимеда
В древней Греции примерно за 250 лет до нашей эры жил выдающийся ученый – Архимед. Он заметил, что если в жидкость поместить какое-либо тело, то жидкость будет это тело выталкивать. Газ, аналогично жидкости, выталкивает тела, помещенные в него.
Сила Архимеда – это сила, с которой жидкость, или газ, выталкивают погруженное в них тело.
Архимед сумел рассчитать, что выталкивающая сила равна весу жидкости (или газа), в погруженном объеме тела.
Благодаря выталкивающей силе летают воздушные шары и дирижабли, плавают корабли и подводные лодки.
Формула для расчета выталкивающей силы
Рассмотрим тело, погруженное в емкость, наполненную жидкостью (рис. 1). На рисунке серым закрашена часть объема, находящаяся внутри жидкости. Тело погрузилось на величину \(\Delta h\) и находится в равновесии, на него действуют две силы – выталкивающая и сила тяжести.
Силу Архимеда можно вычислить с помощью такого выражения:
\( F_ <А>\left( H \right) \) – сила, с которой жидкость или газ выталкивает погруженное тело;
\( \displaystyle \rho_<\text<ж>> \left(\frac<\text<кг>><\text<м>^<3>> \right) \) – плотность жидкости (или газа), в которую тело погружено;
\( \displaystyle g \left(\frac<\text<м>>
\( V_<\text<погр>> \left(\text<м>^ <3>\right) \) – та часть объема тела, которая погружена в жидкость.
Чтобы получить правильный результат, в формулу для силы Архимеда объем нужно подставлять в кубометрах. Читайте о том, как переводить объем в единицы системы СИ.
Условия плавания тел
На рисунке 2 представлены несколько вариантов для тела, погруженного в жидкость.
Рисунок 2а – тело плавает на поверхности, частично погрузившись в жидкость. На рисунке 2б тело плавает внутри жидкости, а на рисунке 2в – тело лежит на дне.
Во всех случаях на тело действует сила тяжести и выталкивающая сила.
С помощью векторных уравнений ответим на вопрос, почему одни тела плавают, а другие – нет.
Составляя силовые уравнения, заметим, что для случаев, когда тело плавает на поверхности (рис. 2а), или в объеме жидкости (рис. 2б), сила тяжести уравновешивается силой Архимеда.
А для случая, когда тело лежит на дне (рис. 2в), сила тяжести больше выталкивающей силы на величину реакции опоры \(\vec
Преобразуем силу тяжести \( F_<\text<тяж>> \)
Масса и объем тела связаны через его плотность.
Выражаем из этого уравнения массу
Заменив массу тела его объемом и плотностью, для силы тяжести можно записать:
Поставим это выражение в уравнения для случаев, когда тело плавает (рис 2а и рис 2б):
Можно разделить обе части полученного уравнения на ускорение свободного падения
Так как в случае рисунка 2а, погруженный объем меньше объема тела, то
Для рисунка 2б, на котором тело погружено полностью, плотности тела и жидкости совпадают:
Тело лежит на дне (рис. 2в), когда плотность тела превышает плотность той жидкости, в которую оно погружено:
Выводы о плавании
На поверхности (рис. 2а) тело плавает, когда его плотность меньше плотности жидкости:
В объеме (внутри) жидкости (рис. 2б) тело плавает, когда плотности тела и жидкости совпадают:
Тело тонет и лежит на дне (рис. 2в), когда плотность тела больше плотности жидкости:
Урок решения задач по теме "Архимедова сила. Плавание тел"
С помощью мерной кружки с водой определите выталкивающую силу, действующую на картофелину при полном ее погружении в воду.
II. Повторение изученного материала.
1) Фронтальный опрос.
1. Опишите действие жидкости или газа на тело, находящееся в них. Какова природа возникновения выталкивающей силы?
При погружении тела в жидкость на него со всех сторон начинает действовать давление. Т.к. давление зависит от высоты столба жидкости, то на точки тела, находящиеся на большей глубине давление больше, т.е. преобладает сила давления, направленная вверх.
2. Как называют силу, которая выталкивает тела, погруженные в жидкости или газы? Выталкивающая сила, или Архимедова сила.
3. Какими способами можно определить архимедову силу?
4. От каких величин зависит архимедова сила? От каких величин она не зависит?
5. Опишите поведение твердых тел в жидкости.
Твердые тела в жидкости могут тонуть, плавать в жидкости и на ее поверхности, всплывать.
6. При каком условии тело, находящееся в жидкости тонет? Плавает? Всплывает?
7. Сформулируйте закон Архимеда.
На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная снизу вверх и равная весу жидкости в объеме погруженного в нее тела.
2) Решение качественных задач.
1. В сосуд погружены три железных шарика равных объемов. Одинаковы ли силы, выталкивающие шарики? (Плотность жидкости вследствие ничтожно малой сжимаемости на любой глубине примерно одинаковой).
Рис. 1
Да, т.к. объемы одинаковы, а архимедова сила зависит от объема погруженной части тела, а не от глубины.
2. На поверхности воды плавают бруски из дерева, пробки и льда. Укажите, какой брусок из пробки, т.е. пробковый, а какой изо льда? Какая существует зависимость между плотностью тела и объемом этого тела над водой?
Рис. 2
№ 1 из льда, №3 из пробки. Чем меньше плотность тела, тем большая часть его находится над водой.
3. Деревянный шар плавает в воде. Назовите силы, действующие на шар. Изобразите эти силы графически. Определите плотность данного деревянного шара.
Рис. 3
Сила тяжести и архимедова сила.
4. К весам подвешены два груза массой по 100г, имеющие разные объемы. Нарушится ли равновесие весов, если оба груза опустить в стаканы с водой?
Оборудование: Весы учебные без чашек, 2 сосуда с водой, гиря массой 100 г, груза массой по 100 г.
Равновесие нарушится. Справа объем тела больше, чем слева, следовательно, и сила Архимеда больше.
5. К весам подвешены два груза одинаковой массы и объема. Нарушится ли равновесие весов, если один из грузов опустить в стакан с водой, а другой в стакан с растительным маслом (керосином или ацетоном)
Оборудование: весы учебные без чашек, сосуд с водой, сосуд с растительным маслом или керосином (ацетоном) 2 груза массой по 100г или цилиндра.
Равновесие нарушится, т.к. плотность воды больше плотности масла, то и архимедова сила тоже больше.
Вывод: задачи № 3 и № 4 еще раз нам доказали, что
- архимедова сила зависит от объема погруженной части тела и плотности жидкости;
- чем больше объем погруженной части тела, тем больше архимедова сила;
- чем больше плотность жидкости, тем больше архимедова сила.
III. Решение задач
1. Решение экспериментальной задачи.
Оборудование. Стакан с водой, динамометр, мензурка, груз на нити. Определите объем груза.
– Какими способами можно определить объем тела?
Мы можем воспользоваться только последним способом, т.е. через архимедову силу.
– Как мы можем найти архимедову силу?
Итак, нам необходимо найти вес тела в воздухе и вес тела в жидкости (воде).
Проведем измерения и запишем в дано (Во время вычислений выдать мензурки).
Налить в мензурку 100мл воды.
Опустить груз в мензурку.
– На сколько делений поднялась вода? Чему равен объем тела? 25см 3
– Какой получили ответ в задаче? При измерениях? Одинаковые.
2. Решение качественных задач.
№ 1. В каком порядке расположатся в одном сосуде три не смешивающиеся между собой жидкости: вода, керосин, ртуть. Сделайте соответствующий рисунок. Как в этом сосуде расположатся три сплошных шарика: 1 пробковый, 2 парафиновый, 3 стальной. Ответ обоснуйте. Сделайте рисунок.
№ 2. Мальчик, масса тела которого 40 кг, держится на воде. Та часть тела, которая находится над поверхностью воды, имеет объем 2 дм 3 . Определите объем всего тела мальчика.
№ 3. Какую силу надо приложить, чтобы поднять под водой камень массой 30 кг, объем которого 0,012 м 3 .
Какие силы действуют на тело, погруженное в жидкость? Куда они направлены?
Где находится камень?
Что можно сказать о силах тяжести и Архимеда в этом случае?
Что необходимо сделать с камнем?
Куда будет направлена сила, которую необходимо приложить к камню, для того чтобы его поднять?
Как же ее найти? Чему равна равнодействующая двух сил, направленных по одной в противоположные стороны?
Закон Архимеда
Рабочая тетрадь по физике 7 класс Т.А. Ханнанова (к учебнику А.В. Перышкина)
50.1. Стальной кубик погружен в воду. На рисунке стрелками изображены силы, действующие со стороны воды на грани кубика.
а) Напишите рядом с каждой стрелкой ее обозначение:
б) Ответьте на вопросы.
Почему верхняя стрелка короче нижней?
Почему правая и левая стрелки одинаковой длины?
в) Расставьте знаки , показывающие отношения между модулями вышеназванных сил:
г) Заполните пропуски в тексте.
50.2. Вычислите выталкивающую силу, действующую на алюминиевый параллелепипед, полностью погруженный в керосин (см. рис.).
50.3. Два одинаковых кубика уравновешены на рычажных весах в воздухе. Под один из кубиков помещают стакан, который заполняют углекислым газом (см. рис.). Зачеркните по одному из выделенных слов в тексте, чтобы получилось верное описание наблюдаемого явления.
50.4. Четыре тела разной формы погружены в одинаковые измерительные цилиндры с одинаковым количеством воды. На какие тела действуют равные выталкивающие силы? Ответ обоснуйте.
51.1. Тело частично погружено в жидкость.
а) Закрасьте часть тела, погруженную в жидкость. Запишите формулу для вычисления выталкивающей (архимедовой) силы, действующей на это тело, используя нужные из приведенных ниже физических величин:
б) Изобразите на рисунке архимедову силу.
Задание 51.2 Два кубика одинакового размера, но изготовленные из разных материалов, погружены в жидкость.
Задание 51.3 Рассчитайте архимедову силу, действующую на камень объёмом 60 см3, полностью погруженный в воду.
Задание 51.4 Проделайте четыре виртуальных опыта с моделью «Выталкивающая сила как сумма контактных сил. Плавание тел», располагая в одной и той же жидкости кубики с ребром 20 см…
Задание 51.5 Кубик вначале подвесили на нити (рис. а), а затем опустили в сосуд с водой (рис. б).
Задание 51.6 Алюминиевый кубик массой 2,7 кг, подвешенный на нити, вначале погружён в воду полностью (рис. а), а затем наполовину (рис. б). чему равна сила упругости нити в обоих случаях?
Задание 52.1 Одинаковые шарики опущены в разные жидкости. На каждом рисунке изобразите архимедову силу и силу тяжести, действующие на шарик, а также напишите, что будет с ним происходить, если известно, что:
Задание 52.2 Три кубика одинакового размера плавают в жидкости.
Задание 52.3 На весах уравновешены две гири – фарфоровая и стальная. Какая гиря перевесит при погружении их в воду?
Задание 52.4 Ученик с помощью динамометра измерял вес P груза, погружая его в воду на разную глубину h. Данные, полученные учеником в этом эксперименте, приведены в таблице.
Задание 52.5 Сплошной кубик из парафина с ребром 10 см плавает в воде. Определите глубину погружения кубика.
Задание 53.2 Масса лодки с сидящим в ней мальчиком составляет 120 кг. Какой объём воды вытесняет эта лодка, плывя по реке?
Задание 53.3 На кусок пенопласта длиной 2 м, шириной 1 м и толщиной 10 см кладут двухпудовую гирю (1 пуд ≈ 16 кг). Сможет ли гиря плавать на пенопластовом плоту, если плотность пенопласта 50 кг/м3? Сделайте рисунок.
Задание 54.1 Заполните пропуски в тексте.
Задание 54.2 Воздушный шар объёмом 45 м3 наполнили горячим воздухом плотностью 0,9 кг/м3. Плотность окружающего шар воздуха равна 1,3 кг/м3. При какой максимальной массе оболочки шар может взлететь?
Задание 54.3 Воздушный шар объёмом 30 м3 наполнен водородом плотностью 0,09 кг/м3. Плотность окружающего шар воздуха равна 1,3 кг/м3. Какова должна быть масса оболочки шара с грузом mшг, чтобы шар начал равномерно подниматься в воздух?
Задание 54.4 Воздушный шар объёмом 50 м3 наполнили горячим воздухом плотностью 0,9 кг/м3. Масса оболочки шара 12 кг. Плотность окружающего шар воздуха равна 1,3 кг/м3. Вычислите максимальную массу груза mг, который этот шар может поднять.
Задание 54.5 Воздушный шар объёмом 60 м3 наполнили гелием плотностью 0,19 кг/м3. Масса оболочки шара 15 кг. Плотность окружающего шар воздуха равна 1,3 кг/м3. Вычислите подъёмную силу Fц этого шара и максимальную массу груза mг, который этот шар может поднять.
Итоговый тест по темам Атмосферное давление, Архимедова сила, Плавание тел 7 класс
Итоговый тест по темам Атмосферное давление, Архимедова сила, Плавание тел для учащихся 7 класса с ответами. Тест состоит из 4 вариантов, в каждом варианте по 20 заданий.
1 вариант
1. Уровень ртути в трубке Торричелли опустился. Как изменилось атмосферное давление?
1) Увеличилось
2) Уменьшилось
3) Не изменилось
2. Атмосферное давление измеряют
1) манометром
2) динамометром
3) высотомером
4) барометром
3. Определите атмосферное давление по изображённой здесь шкале барометра.
1) 756 мм рт. ст.
2) 762 мм рт. ст.
3) 755 мм рт. ст.
4) 758 мм рт. ст.
4. На этаже высотного дома атмосферное давление равно 750 мм рт. ст., когда на земле оно равно 757 мм рт. ст. На какой высоте находится этот этаж?
1) 70 м
2) 74 м
3) 80 м
4) 84 м
5. С какой силой давит атмосфера на крышу дома площадью 40 м 2 при нормальном атмосферном давлении?
1) ≈ 4500 кН
2) ≈ 4200 кН
3) ≈ 4052 кН
4) ≈ 4252 кН
6. Больше или меньше атмосферного давление в шаре? На сколько?
1) Меньше на 20 мм рт. ст.
2) Больше на 20 мм рт. ст.
3) Меньше на 40 мм рт. ст.
4) Больше на 40 мм рт. ст.
7. На малый поршень гидравлического пресса с площадью 100 см 2 поставлена гиря массой 2 кг. Какой массы гирю надо поставить на большой поршень площадью 500 см 2 , чтобы уравновесить их действие на жидкость в корпусе пресса?
1) 200 кг
2) 100 кг
3) 10 кг
4) 20 кг
8. Площади поршней гидравлического пресса 600 см 2 и 3000 см 2 . Какой выигрыш в силе обеспечивает этот пресс? Что это значит?
1) Равный 5, т.е. большой поршень удержит в 5 раз большую нагрузку, чем малый поршень
2) Равный 20; на большой поршень будет действовать в 20 раз меньшая сила, чем на малый
3) Равный 2; большой поршень сможет сжимать прессуемое тело с силой в 2 раза большей, чем действуют на малый поршень
4) Равный 5; малый поршень может действовать на жидкость силой, в 5 раз большей, чем большой поршень
9. Выталкивающая сила рассчитывается по формуле
10. Выталкивающая сила тем больше, чем
1) ближе ко дну ёмкости с жидкостью находится тело
2) больше плотность тела
3) больше плотность жидкости
4) больше объём тела
11. На какое из этих тел действует самая малая выталкивающая сила?
12. Чем отличается архимедова сила от выталкивающей силы?
13. Определите архимедову силу, которая будет действовать на деталь объёмом 0,5 м 3 , погружаемую в морскую воду.
1) 515 кН
2) 51,5 кН
3) 5,15 кН
4) 0,5 кН
14. Когда тело массой 10 кг опустили в воду, оно потеряло в весе 25 Н. Какая действовала на него архимедова сила? Каков стал вес этого тела в воде?
1) 25 Н, 75 Н
2) 25 Н, 125 Н
3) 2,5 Н, 75 Н
4) 2,5 Н, 125 Н
15. Какое из этих тел утонет?
1) №1
2) №2
3) №3
4) Все будут плавать
16. В сосуд со ртутью опускают тела одинакового объёма, изготовленные из меди (№1), стали (№2) и чугуна (№3). Какое из них погрузится в жидкость больше других?
17. В сосуд налиты несмешивающиеся жидкости: подсолнечное масло (№1), вода (№2), керосин (№3). В какой последовательности (снизу) они расположатся?
1) №1, №2, №3
2) №3, №2, №1
3) №2, №3, №1
4) №2, №1, №3
18. Вес катера с пассажирами 400 кН. Сколько воды он будет вытеснять, плывя по реке?
1) 4000 т
2) 400 т
3) 40 т
4) 4 т
19. В порту разгружают судно. Как при этом меняется его осадка?
1) Она не меняется, пока судно разгружается и полностью не разгружено
2) Уменьшается
3) Увеличивается
4) Разгрузка судна на его осадку не влияет
20. Какое должно быть выполнено условие, чтобы летательный аппарат мог взлететь?
1) 2026 кН
2) 202,6 кН
3) 2026 Н
4) 202,6 Н
6. Вычислите давление газа в сосуде по показаниям манометра, представленного на рисунке, если атмосферное давление равно 770 мм рт. ст.
1) 800 мм рт. ст.
2) 785 мм рт. ст.
3) 755 мм рт. ст.
4) 740 мм рт. ст.
7. Можно ли выкачать поршневым насосом воду с глубины 20 м при нормальном атмосферном давлении?
1) Можно, так как поршневой насос предназначен для подъёма жидкости
2) Можно, поскольку вода легче ртути
3) Нельзя, так как максимальная высота, на которую может подняться вода под действием атмосферного давления, равна примерно 10 м
8. На большой поршень гидравлического пресса площадью 1250 см 2 действуют силой 250 Н. Какая сила, приложенная к малому поршню площадью 250 см 2 , сможет удержать его от перемещения?
1) 50 Н
2) 5 Н
3) 25 Н
4) 75 Н
9. Гидравлический пресс даёт выигрыш в силе, равный 10. Какую силу надо приложить к его малому поршню, чтобы уравновесить действующий на большой поршень груз массой 65 кг?
1) 6,5 Н
2) 65 Н
3) 650 Н
4) 6,5 кН
11. Выталкивающая сила тем меньше, чем
1) ближе тело к поверхности жидкости
2) меньше плотность тела
3) меньше плотность жидкости
4) менее сложна форма тела
12. На какой из этих шаров действует наибольшая выталкивающая сила?
13. Какое название получила выталкивающая сила, действующая на тело, погружённое в жидкость?
1) Сила Паскаля
2) Архимедова сила
3) Ньютоновская сила
14. Найдите архимедову силу, действующую на погрузившуюся в воду бочку объёмом 0,2 м 3
1) 20 Н
2) 200 Н
3) 2 кН
4) 20 кН
15. Тело массой 6 кг погрузили в воду. При этом его вес уменьшился на 10 Н. Каков стал его вес в воде? Чему равна действующая на него архимедова сила?
1) 50 Н; 10 Н
2) 70 Н; 10 Н
3) 54 Н; 6 Н
4) 66 Н; 6 Н
16. Какое из этих тел всплывёт?
17. В сосуде находятся несмешивающиеся жидкости: вода (№1), растительное масло (№2) и парафин (№3). В какой последовательности (сверху вниз) они расположены?
1) №1, №2, №3
2) №2, №3, №1
3) №3, №1, №2
4) №3, №2, №1
18. Водоизмещение судна 3000 кН, его собственный вес 600 кН. Какой максимальный груз оно может перевезти?
1) 240 кН
2) 120 кН
3) 2400 кН
4) 1200 кН
19. Когда с судна сняли груз, его осадка уменьшилась на 40 см. Какова масса снятого груза? Дно судна считать плоским, а его площадь равной 300 м 2 .
1) 12 000 т
2) 1200 т
3) 120 т
4) 12 т
20. Для наполнения шара, который нужно поднять в атмосферу, есть возможность использовать углекислый газ (№1), природный газ (№2) и хлор (№3). Какой газ сможет поднять шар?
3 вариант
1. О каком изменении атмосферного давления свидетельствует понижение уровня ртути в трубке Торричелли?
1) взаимодействие молекул воздуха
2) хаотическое движение молекул воздуха с большой скоростью
3) изменение плотности воздуха с высотой
4) вес воздуха
3. Каково атмосферное давление, зафиксированное барометром, шкала которого здесь показана?
1) 720 мм рт. ст.
2) 734 мм рт. ст.
3) 736 мм рт. ст.
4) 760 мм рт. ст.
4. На высоте 1,2 км над землёй атмосферное давление оказалось равным 645 мм рт. ст. Чему оно равно в это время на земле?
1) 745 мм рт. ст.
2) 545 мм рт. ст.
3) 695 мм рт. ст.
4) 657 мм рт. ст.
5. Площадь рабочей поверхности стола 1 м 2 . С какой силой давит на него воздух при нормальном атмосферном давлении?
1) 1013 Н
2) 101,3 кН
3) 101,3 Н
4) 10,13 кН
6. Больше или меньше атмосферного давления показывает давление газа в сосуде манометр, изображённый на рисунке? На сколько?
1) Меньше на 15 мм рт. ст.
2) Больше на 15 мм рт. ст.
3) Меньше на 10 мм рт. ст.
4) Больше на 10 мм рт. ст.
7. С какой максимальной глубины можно при нормальном атмосферном давлении поднять поршневым насосом со дна расщелины машинное масло, пролитое и просочившееся сквозь почву?
1) В 3 раза; 27 Н
2) В 4 раза; 36 Н
3) В 6 раз; 54 Н
4) В 3 раза; 270 Н
9. Выигрыш в силе, который обеспечивает гидравлический пресс, равен 5. Какую силу надо приложить к его малому поршню, чтобы спрессовать силой 8 кН помещённый на большой поршень продукт в брикет?
1) 40 кН
2) 1,6 кН
3) 0,16 кН
4) 4 кН
10. Выталкивающую силу определяют по формуле
11. Выталкивающая сила не изменяется при
1) увеличении плотности жидкости
2) уменьшении плотности жидкости
3) разных положениях тела в жидкости
4) изменении объёма тела
12. Есть ли среди шаров, погружённых №1 в воду, такие, на которые действуют равные выталкивающие силы?
1) Нет
2) Есть, это №2 и №3
3) Есть, это №1 и №2
4) Есть, это №1 и №5
13. Почему архимедова сила вычисляется по той же формуле (F = gρжVт), что и выталкивающая сила, действующая на тело, погружённое в жидкость?
14. Определите архимедову силу, действующую на опущенную в машинное масло деталь объёмом 4000 см 3 .
1) 3600 Н
2) 360 Н
3) 36 Н
4) 3,6 Н
15. Металлический шар объёмом 0,005 м 3 весит 390 Н. Сколько он потеряет в весе, если его погрузить в керосин? Каков будет его вес в этой жидкости?
1) 20 Н; 370 Н
2) 40 Н; 350 Н
3) 50 Н; 34 Н
4) 40 Н; 430 Н
16. Какое из этих тел будет плавать внутри жидкости?
1) №1
2) №2
3) №3
4) Такого тела нет
17. В сосуд со ртутью опущены тела, состоящие из цинка (№1), свинца (№2), латуни (№3). Какое из них меньше всех погрузилось в жидкость?
18. На судно погрузили контейнеры весом 750 кН. На сколько больше воды стало вытеснять после этого судно?
1) 750 т
2) 7500 т
3) 150 т
4) 75 т
19. Собственный вес корабля 7000 кН. Вес максимального груза, при котором осадка достигает ватерлинии, равен 53 000 кН. Каково водоизмещение этого корабля?
1) 46 000 кН
2) 60 000 кН
3) 6000 кН
4) 4600 кН
4 вариант
2. На основе какого прибора создан высотомер?
1) Манометра
2) Динамометра
3) Ртутного барометра
4) Барометра-анероида
3. По шкале барометра, показанной на рисунке, определите атмосферное давление в гектопаскалях.
1) 744 гПа
2) 992 гПа
3) 990 гПа
4) 740 гПа
4. Каково атмосферное давление в подземной пещере, находящейся на глубине 120 м, когда на земле оно равно 755 мм рт. ст.?
1) 745 мм рт. ст.
2) 765 мм рт. ст.
3) 750 мм рт. ст.
4) 740 мм рт. ст.
5. Рассчитайте силу, с которой атмосфера давит на щит размером 2 м х 1,5 м при нормальном атмосферном давлении.
1) 30,36 кН
2) 36,50 кН
3) 303,9 кН
4) 607,2 кН
6. Чему равно давление газа в этом сосуде? Атмосферное давление 740 мм рт. ст.
1) 40 мм рт. ст.
3) 700 мм рт. ст.
2) 0 мм рт. ст.
4) 740 мм рт. ст.
7. На большую или на меньшую высоту сможет поднять поршневой насос жидкость более тяжёлую, чем вода?
1) На ту же высоту
2) На большую
3) На меньшую
4) На любую высоту
8. Площади поршней гидравлического пресса 300 см 2 и 1500 см 2 . Какой массы гирю надо поставить на малый поршень, чтобы уравновесить силу 750 Н, действующую на большой поршень?
1) 150 кг
2) 15 кг
3) 1,5 кг
9. Для расчёта выталкивающей силы пользуются формулой
10. Выталкивающая сила, действующая погруженное в жидкость тело, зависит от
1) объема тела
2) плотности тела
3) плотности жидкости
4) формы тела
11. Одинаковые шары опускают в емкости с разными жидкостями. Какой из них выталкивается жидкостью с наибольшей силой?
12. В каком случае равновесие нарушится, если опустить одинаковые шары в жидкости? Какой шар перетянет?
1) а; №1
2) а; №2
3) б; №3
4) б; №4
13. Определите выталкивающую силу, действующую на полностью погружённое в речку бревно объёмом 0,6 м 3 .
1) 600 Н
2) 6 кН
3) 60 кН
4) 60 Н
14. Тело объёмом 80 см 3 , будучи погружено в воду, весит 20 Н. Каков его вес в воздухе?
1) 20,8 Н
2) 19,2 Н
3) 28 Н
4) 12 Н
15. Выталкивающая сила, действующая в жидкости на находящееся в ней тело, рассчитывается по формуле F = gρжVт, А по какой формуле вычисляют архимедову силу?
1) По той же формуле
2) По другой формуле: р = gρh
3) По формуле, которую ещё не изучали
1) №1
2) №2
3) №3
4) В никакой
17. Что произойдёт с телом под действием сил, указанных на рисунке?
1) Будет плавать внутри жидкости
2) Утонет
3) Всплывёт
4) Будет плавать на поверхности жидкости, частично в неё погрузившись
18. Лодка с гребцом и вёслами весит 2000 Н. Чему будет равна действующая на неё выталкивающая сила, когда лодка поплывёт по реке?
1) 200 Н
2) 2000 Н
3) 20 кН
19. Речной плот, площадь которого 60 м 2 , погружён в воду на 0,2 м. Какая сила тяжести действует на него?
1) 120 кН
2) 12 кН
3) 6000 Н
4) 60 0000 Н
20. В распоряжение воздухоплавателя предоставлены: кислород (№1), углекислый газ (№2), гелий (№3). Какой из этих газов пригоден для наполнения воздушного шара?
вопросы к параграфу 52 по физике 7 класс Перышкин
Нет времени уже во всем разбираться, но очень нужно сдать домашку
Спасибо
1. При каком условии тело, находящееся в жидкости, тонет; плавает? всплывает? 2. Как показать на опыте, что вес жидкости, вытесненной плавающим телом, равен весу тела в воздухе? 3. Чему равна выталкивающая сила, которая действует на тело, плавающее на поверхности жидкости? 4. Как зависит глубина погружения в жидкость плавающего тела от его плотности? 5. Почему водные животные не нуждаются в прочных скелетах? в. Какую роль играет плавательный пузырь у рыб? 7. Как регулируют глубину погружения киты?
Ну надо было раньше начинать разбираться. Лови ответы
1. Если сила тяжести больше архимедовой силы, то тело будет опускаться на дно, тонуть,
т.е. если Fтяж > FA, то тело тонет;
Если сила тяжести равна архимедовой силы, то тело может находиться в равновесии в любом месте жидкости,
т.е. если Fтяж = FA, то тело плавает;
Если сила тяжести меньше архимедовой силы, то тело будет подниматься из жидкости, всплывать,
т.е. если Fтяж < FA, то тело всплывает.
2. В отливной сосуд наливают воду до уровня боковой трубки. После этого в сосуд погружают плавающее тело (рис. 153), предварительно взвесив его в воздухе. Опустившись в воду, тело вытесняет объем воды, равный объему погруженной в нее части тела. Взвесив эту воду, находят, что вес (архимедова сила) равен силе тяжести, действующей на плавающее тело, или весу этого тела в воздухе.
3. Когда тело плавает на поверхности жидкости, то выталкивающая сила равна по модулю силе тяжести, но противоположна ей по направлению.
4. Глубина погружения растет с увеличением плотности.
5. Средняя плотность живых организмов, населяющих водную среду, мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается архимедовой силой, поэтому водные животные не нуждаются в прочных скелетах.
6. Плавательный пузырь играет важную роль в жизни рыб. Когда рыба с помощью мышц опускается на большую глубину и давление воды на нее увеличивается, пузырь сжимается, объем тела рыбы уменьшается, и она не выталкивается вверх, а плавает в глубине. При подъеме объем плавательного пузыря, и соответственно объем всего тела рыбы увеличивается, и она плавает уже на меньшей глубине.
7. Морские млекопитающие киты регулируют глубину своего погружения за счет регулирования объема легких.
Гидростатика. Сила Архимеда
\[F_A=\rho_\text <ж>g V_\text<пчт>\] где \(\displaystyle V_\text<пчт>\) — объём погружённой части тела, \(\displaystyle \rho_\text<ж>\) — плотность жидкости.
Рассмотрим тело плотности \(\rho\) и жидкость плотности \(\rho_0\) . Допустим, тело полностью погрузили в жидкость и отпустили. Сразу после отпускания на тело действуют лишь сила тяжести \(mg\) и архимедова сила \(F_A\) . Если объём тела равен V, то
\[mg=\rho g V,\] \[F_A=\rho_0 g V\]
Имеются три возможности дальнейшего движения тела.
Сила тяжести больше архимедовой силы : \(\displaystyle mg > F_A\) , или \(\displaystyle \rho>\rho_0\) . В этом случае тело тонет.
Сила тяжести равна архимедовой силе : \(\displaystyle mg = F_A\) , или \(\displaystyle \rho=\rho_0\) . В этом случае тело остаётся неподвижным в состоянии безразличного равновесия.
Сила тяжести меньше архимедовой силы : \(\displaystyle mg < F_A\) , или \(\displaystyle \rho<\rho_0\) . В этом случае тело всплывает, достигая поверхности жидкости.
Таким образом, условие плавания тела можно записать в виде неравенства \(\displaystyle \rho\leq \rho_0\) .
Два жестко связанные друг с другом одинаковых бруска, имеющие толщину \(h=5\) см, плавают в воде так, что уровень воды приходится на границу между ними (см. рисунок). Насколько изменится глубина погружения, если на два бруска положить ещё пять таких же? (Ответ дайте в сантиметрах.)
Два одинаковых связанных бруска погрузились наполовину в воду (из условия). Пусть
\(\displaystyle\rho_1\) – плотность материала, из которого изготовлены бруски, а \(\displaystyle V\) – объем двух брусков. Тогда масса этих брусков будет равна \[\displaystyle m=\rho_1V\] Сила, с которой льдинки действуют на воду, равна силе тяжести \[\displaystyle F=mg=\rho_1Vg\] Сила, с которой бруски выталкиваются из воды, равна силе Архимеда \[F_\text<Арх>=\rho g\frac
наполовину). Так как они плавают на поверхности воды, то эти силы уравновешивают друг друга, значит, имеем: \[\rho_1Vg=\rho g\frac
Подвешенный на нити алюминиевый кубик целиком погружен в воду и не касается дна сосуда. Плотность алюминия равна \(\displaystyle \rho_\text< ал>=2700 \text< кг>/\text<м>^3. \) Какова длина ребра куба, если выталкивающая сила равна \(\displaystyle F_\text<Арх>=33,75\text< Н>?\) (Ответ дайте в сантиметрах.)
Выталкивающая сила равна по определению \[F_\text<Арх>=\rho_\text <в>gV,\] где \(\displaystyle \rho_\text<в>\) – плотность жидкости, в которую погружен кубик, \(\displaystyle V\) – объем погруженной части тела. Так как куб погружен целиком, то \(\displaystyle V=a^3\) , получим: \[F_\text<Арх>=\rho_\text <в>ga^3\] Выразив из этой формулы сторону \(\displaystyle a\) , получаем \[a=\sqrt[3]<\frac
Однородный цилиндр, изготовленный из материала плотностью \(\displaystyle \rho=600\) кг/м \(^3\) , с радиусом основания \(\displaystyle R=25\) см и высотой \(\displaystyle H=20\) см привязан нитью ко дну сосуда, наполненного водой. Найдите силу натяжения нити. (Ответ дайте в ньютонах.)
Сделаем рисунок с указанием сил, действующих в системе. Можем записать II закон Ньютона в векторной форме: \[\vec T+\vec F_\text<Арх>+m\vec g=m\vec a,\] так как цилиндр покоится, то ускорение равно нулю, в проекции на ось, направленную вертикально вниз, 2 закон Ньютона можно записать следующим образом: \[T- F_\text<Арх>+mg=0, \quad(1)\] массу цилиндра можно рассчитать, исходя из формулы \(\displaystyle \rho=\frac
Однородный кубический предмет с ребром \(\displaystyle a=18\) см опускают в эфир. На сколько сантиметров длина части стороны, находящейся под жидкостью отличается от длины части над эфиром? Плотность вещества, из которого изготовлен куб равна \(\displaystyle \rho_\text<др>=340\) кг/м \(^3\) , плотность эфира \(\displaystyle \rho_\text<э>=720\) кг/м \(^3\) . (Ответ дайте в сантиметрах.)
Запишем условие равновесия кубика на поверхности эфира: \[F_\text< Арх>=mg, \quad(1)\] где \(F_\text< Арх>\) – выталкивающая сила, действующая на брусок, \(\displaystyle m\) – масса кубика, которую можно рассчитать, исходя из формулы \(\displaystyle \rho_\text<др>=\frac
В некий резервуар было налито 1000 литров жидкости плотностью \(\displaystyle \rho_1=1500\) кг/м \(^3\) . В этой жидкости в равновесии плавает кубик, погруженный в воду на \(\displaystyle x=130\) см. Длина стороны кубика равна \(\displaystyle a=200\) см. В сосуд доливают ещё 1000 литров жидкости плотностью \(\displaystyle \rho_2=1100\) кг/м \(^3\) и перемешивают. Чему после этого будет равна длина погруженной части кубика при плавании в равновесии? Обе жидкости хорошо смешиваются, и при смешивании суммарный объём сохраняется. (Ответ дайте в метрах.)
В условии сказано, что жидкости хорошо перемешиваются. Из этого следует, что при смешивании получается новая жидкость, плотность которой является средним арифметическим изначальных, так как взятые объемы одинаковы. \[\rho_\text<нов>=\dfrac<\rho_1+\rho_2><2>\] Так как кубик плавает на поверхности, то можно записать: \[mg=F_\text<Арх>,\] сила тяжести, действующая на тело не изменяется, значит, выталкивающая сила тоже остается постоянной. Сначала сила Архимеда равна: \[F_\text<Арх1>=\rho_1 g V_\text<пчт1>,\] где \(\displaystyle V_\text<пчт1>=a^2x\) – объем погруженной части куба до смешивания. После смешения жидкостей в сосуде: \[F_\text<Арх2>=\rho_\text <нов>g V_\text<пчт2>=\dfrac<\rho_1+\rho_2><2>g V_\text<пчт2>,\] где \(\displaystyle V_\text<пчт2>=a^2y\) – объем погруженной части куба до смешивания, \(\displaystyle y\) – длина погруженной части стороны куба после смешивания жидкостей. Можем приравнять получившиеся выражения, получим \[\rho_1 g a^2x=\dfrac<\rho_1+\rho_2> <2>g a^2y\] \[\rho_1x=\dfrac<\rho_1+\rho_2><2>y,\] выразим отсюда y: \[y=\frac<2\rho_1 x><\rho_1+\rho_2>,\] подставим в получившееся выражение численные значения: \[y=\frac<2\cdot1500\text< кг>/\text<м>^3 \cdot1,3\text< м>><1500\text< кг>/\text<м>^3+1100\text< кг>/\text<м>^3>=1,5\text< м>\]
Стеклянный шарик опускается в воде с ускорением \(\displaystyle a=6\) м/с \(^2\) . Найти плотность стекла. Плотность воды \(\displaystyle \rho_\text<в>=1000\) кг/м \(^3\) . Силами вязкого трения пренебречь. (Ответ дайте в кг/м \(^3\) .)
При движении шарика в воде на него действует сила тяжести \(\displaystyle m\vec g\) и сила Архимеда \(\displaystyle F_\text<Арх>\) . Сделаем рисунок с указанием сил, действующих в системе. Можем записать 2 закон Ньютона в векторной форме: \[\vec F_\text<Арх>+m\vec g=m\vec a,\] в проекции на ось, направленную вертикально вниз, 2 закон Ньютона можно записать следующим образом: \[mg- F_\text<Арх>=ma,\] Отсюда с учетом выражения для силы Архимеда \(\displaystyle F_\text<Арх>=\rho_\text <в>g V\) , где V – объем шарика, а
\(\displaystyle \rho_\text<в>\) – плотность воды, получим: \[mg- \rho_\text <в>g V=ma,\] Выразим массу шарика: \[m=\frac <\rho_\text<в>g V>
Однородный шарик, изготовленный из материала плотностью \(\displaystyle \rho=2000\) кг/м \(^3\) погружен в воду. Чему равен радиус шара, если выталкивающая сила равна
\(\displaystyle F_\text<Арх>=100\) Н? (Ответ дайте в сантиметрах и округлите до целых.)
Выталкивающая сила равна по определению \[F_\text<Арх>=\rho_\text <в>gV_\text<пчт>,\] где \(\displaystyle \rho_\text<в>\) – плотность воды, \(\displaystyle V_\text<пчт>\) – объем погруженной части тела. Так как шар полностью опущен в воду, то \[V_\text<пчт>=\frac43\pi R^3,\] где \(\displaystyle R\) – радиус шара, получим: \[F_\text<Арх>=\rho_\text <в>g\frac43\pi R^3,\ (1)\] выразим из формулы R: \[R=\sqrt[3]<\frac<3F_\text<Арх>><4\rho_\text<в>g\pi>>\] Подставив значения в формулу, получим: \[R=\sqrt[3]<\frac<3 \cdot100\text< Н>> <4 \cdot1000 \text< кг>/\text<м>^3\cdot10\text< м>/
Читайте также: