Чудо природы: деревянный шарик легко плавает на поверхности воды

Физические явления, которые наблюдаются в природе, часто остаются неизменными в разных условиях. Это связано с сохранением объёма при изменении давления, как установил французский химик Жозеф Гей-Люссак. В данной статье мы рассмотрим интересный характер деревянного шарика, который полностью погружен в масло и при этом плавает на поверхности воды.

Рассмотрим теоретический случай погружения цилиндрического деревянного шарика в миску с водой, сила Архимеда действующая на погруженное тело равна силе гравитации этого шарика. Заметим, что масса погруженного объема жидкости равна массе шарика. В этом случае шарик будет плавать на поверхности воды, так как сила Архимеда равна весу погруженного объема воды.

Если поставить в бруске подобное отверстие, то при погружении бруска в воду количество изжатого его воды будет равно объему отверстия. А у деревянного шарика, изготовленного из такого же дерева, как брусок, всего объема больше, чем у параллелепипеда.

События стоят друг относительно друга таким образом, что приподнятая часть жидкости в миске как бы закрывает дно такого миски. Теперь рассмотрим случай, когда шарик плавает на поверхности воды в сосуде, погруженном в лифте, движущемся со стабильной скоростью вверх. В данном случае действующая сила плавающего шарика будет равна силе Архимеда, как и в случае с покоящимся сосудом.

Итак, величина действующей силы Архимеда не изменится, если уровень воды в сосуде и внешний уровень уплывут на одну и ту же глубину. Для более точного решения потребуется рассмотреть следующие факты.

Деревянный шарик плавает по воде

Деревянный шарик плавает по воде благодаря принципу Архимеда. Взаимодействие тела с жидкостью зависит от их плотности. Если плотность тела меньше плотности жидкости, то оно будет плавать на её поверхности.

Для плавающего деревянного шарика, изготовленного из сплошной древесины, его плотность меньше плотности воды. Это значит, что при погружении в воду деревянный шарик испытывает всплывающую силу, равную величине погруженной в жидкость массы тела.

Также на деревянном шарике действует сила трения между поверхностью шарика и поверхностью воды. Именно благодаря этой силе шарик сохраняет своё положение на поверхности воды и не опускается вглубь. Сила трения оказывается величиной, равной умножению коэффициента трения на нормальную силу.

При плавании деревянного шарика на поверхности воды под действием силы Архимеда происходит установление равновесия. В этом случае величина силы Архимеда равна весу погруженной в воду части тела.

Если мы будем погружать деревянный шарик в несколько порядковому глубину, то мы сможем определить, что шарик будет плавать на глубине, которая зависит от плотности жидкости, в которую он погружен. Это показано в заданном примере, где деревянный шарик плавает в сосуде с маслом и погружен на определенную глубину.

Объём шарика остался неизменным, поэтому его плотность осталась постоянной. Плотность жидкости в миске изменилась, поэтому соответствующим образом изменилась и глубина погружения шарика.

Также стоит отметить, что при увеличении плотности жидкости, в которую погружен деревянный шарик, будет уменьшаться глубина его погружения. А при уменьшении плотности жидкости, глубина погружения шарика увеличивается.

Итак, деревянный шарик плавает на поверхности воды, благодаря действующим на него силам – силе Архимеда и силе трения. При погружении шарика в жидкость происходит установление равновесия, когда эти силы равны весу погруженной части тела. Зависимость глубины погружения от плотности жидкости показана на примере с деревянным шариком в миске с маслом.

Гидростатика

Принцип Паскаля

Добро пожаловать в мир гидростатики! Здесь мы сделаем углубленный обзор одного из основных законов гидростатики — принципа Паскаля. Данный принцип гласит: «Давление, создаваемое в жидкости, пусть различных сосудах, передаётся неизменным во все стороны, приведите к тому, что деревянный шарик может плавать на воде!»

Закон Архимеда

Еще одним важным законом, относящимся к гидростатике, является закон Архимеда. Он гласит, что тело, погруженное в жидкость, испытывает всплывающую силу, равную весу вытесненной жидкости. В конечном итоге, эта сила уравновешивает силу тяжести и тело покоится на поверхности воды.

Используя эти законы, мы можем определить, плавать ли деревянный шарик на воде. Начальное условие — объем деревянного шарика, который обозначен буквой V, должен быть больше объема воды, которую он вытесняет.

Полная формула для расчета этого объема выглядит следующим образом:

$$V_{\text{деревянного шарика}} > V_{\text{воды}}$$

Плотность деревянного шарика, обозначенная как rho_1, также должна быть меньше плотности воды rho_2. Если это условие выполняется, то шарик будет плавать.

Также, если мы хотим определить, плавает ли какое-либо другое тело в жидкости, мы можем использовать следующую формулу:

$$\frac{m_{\text{тела}}}{V_{\text{тела}}} <

ho_2$$

где m_тела — масса тела и V_тела — его объем. Если это условие выполняется, то тело будет плавать.

Видео:

Задача №12. Марафон. Сотня задач для 100 на ЕГЭ

Задача №12. Марафон. Сотня задач для 100 на ЕГЭ автор: 100 на ЕГЭ без Б 627 переглядів 3 роки тому 6 хвилин і 13 секунд