Стальной шарик висит на нити
Обновлено: 28.04.2024
Архимедова (выталкивающая) сила равна:
где— Объем жидкости погруженной части тела в жидкость
— Если тело находится полностью в жидкости, то объем жидкости
Задачи
Задача 1. Груз массой 3 кг, подвешенный на тонкой нити, целиком по-гружен в воду и не касается дна сосуда (рис. 1). Модуль силы натяжения нити 10 Н. Найдите объём груза (в литрах).
Решение. На груз в воде действуют сила тяжести (), архимедова сила (FA) и сила натяжения нити (Т). Ось OY направим вверх (рис. 2). Запишем второй закон Ньютона:
где — плотность воды, которую находим из таблицы «Плотность» (см. «Справочные данные»). Тогда
Задача 2. Предмет из алюминия объемом 100 см 3 подвесили к пружине и опустили в бензин. Определите силу натяжения пружины.
Решение. На тело в керосине действуют сила тяжести (), архимедова сила (FA) и сила упругости (Fупр) пружины. Ось OY направим вверх (рис. 3). Запишем второй закон Ньютона:
где — масса тела,
Задача 3. Стальной шарик висит на нити, привязанной к штативу. Шарик целиком погружен в керосин (рис. 4). Затем стакан с керосином заменили на стакан с водой, и шарик оказался целиком в воде (рис. 5). Как изменились при этом сила натяжения нити и сила Архимеда, действующая на шарик?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличилась; 2) уменьшилась; 3) не изменилась.
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| Сила натяжения нити | Сила Архимеда, действующая на шарик |
Решение. На тело в жидкости действуют сила тяжести (), архимедова сила (FA) и сила натяжения нити (T). Ось OY направим вверх (рис. 6). Запишем второй закон Ньютона:
Архимедова сила равна
Масса бруска m и его объем V не меняются, плотность жидкости ρж увеличивается (ρ1ж = 800 кг/м3 — плотность керосина, ρ2ж = 1000 кг/м3 — плотность воды, которые находим из таблицы «Плотность» (см. «Справочные данные»)).
Из уравнения (2) следует, что так как масса бруска m не меняется, а плотность жидкости ρж увеличивается, то сила натяжения нити уменьшается. Это соответствует изменению № 2.
Из уравнения (1) следует, что так как масса бруска m и его объем V не меняются, а плотность жидкости ρж увеличивается, то сила Архимеда так же увеличивается. Это соответствует изменению № 1.
Задача 4. К динамометру подвесили тело. Показания динамометра в воздухе 12 Н, в воде — 7 Н. Определите плотность тела.
Решение. Показания динамометра — это значение силы упругости Fупр его пружины. На тело в воздухе действуют сила тяжести () и сила упругости (Fупр1) (рис. 7, а). На тело в воде действуют сила тяжести (), архимедова сила (FA) и сила упругости (Fупр2) (рис. 7, б). Ось 0Y направим вверх. Запишем второй закон Ньютона для двух случаев:
где — объем тела, ρж = 1000 кг/м 3 — плотность воды, которую находим из таблицы «Плотность» (см. «Справочные данные»), ρ — плотность тела. Тогда
Стальной шарик висит на нити
После этого груз опускается в воду так, чтобы он не касался дна и стенок стакана (рис. 27). Каковы показания обоих динамометров?
Стрелки динамометров отклонятся на одинаковые углы, но у верхнего - против часовой стрелки, а у нижнего - по часовой стрелке.
Лезвие и коробка получают равные импульсы, направленные в противоположные стороны.
Так как вода действует на палец с некоторой силой, направленной вертикально вверх (архимедова сила), то, согласно третьему закону Ньютона, палец действует на воду с такой же силой вниз. Поэтому равновесие весов нарушится.
. чтобы восстановить равновесие?
На правую чашку весов после пережигания нити будут действовать вес штатива и все тела, уменьшенный на вес вытесненной им воды. На левую чашку весов будут действовать вес стакана с водой и вес воды, вытесненной погруженным телом. Поэтому для восстановления равновесия нужно на чашку, на которой стоит штатив, положить груз, равный удвоенному весу объема воды, вытесняемой погруженным телом.
Малая сила трения колес о ледяную дорогу недостаточна, чтобы преодолеть действие всех сил сопротивления.
Человек и груз будут подниматься вверх с одинаковой скоростью.
. Обезьяны начинают одновременно подниматься вверх, причем одна из них поднимается относительно веревки со скоростью v, а другая со скоростью 2v. Сравните время, через которое каждая из обезьян достигает блока? Массой блока и веревки пренебречь; массы обезьян одинаковы.
Обе обезьяны достигнут блока одновременно через промежуток времени . Действительно, натяжение веревки по обе стороны от блока одинаково. Значит, одинаковы ускорения к скорости обезьян относительно блока. Так как с ни приближаются друг к другу со скоростью 3v, то весь путь l они пройдут за / время — .
Блока достигнет раньше более легкая обезьяна, потому что ее ускорение относительно блока будет направлено вверх, а ускорении тяжелой обезьяны - вниз.
. стоящий на пристани. Все трое прилагают одинаковые усилия. Какая лодка причалит раньше?
Обе лодки причалят одновременно. Столб «тянет» конец веревки с такой же силой, с какой се тянет (удерживает) матрос, стоящий на пристани.
а) Сравните движение лодок.
б) Изменится ли движение лодок, если один конец веревки привязать к одной из лодок, а за другой тянуть человеку, находящемуся во второй лодке?
а) Если массы лодок с пассажирами равны, то лодки будут приближаться с одинаковой скоростью; если массы лодок с пассажирами различны, то ускорения, получаемые лодками, будут обратно пропорциональны их массам;
б) не изменится.
В третьем законе Ньютона говорится о равенстве скот, а не о равенстве результатов действия этих сил.
Сила тяги была бы вдвое больше.
. Почему винтомоторному вертолету необходим хвостовой винт, а реактивному вертолету хвостовой винт не нужен?
Винт обычного вертолета вращается потому, что к нему приложена сила со стороны двигателя, укрепленного внутри фюзеляжа. По третьему закону Ньютона такая же сила, но противоположно направленная, приложена со стороны винта к двигателю. Эта пара сил создает момент, стремящийся повернуть вертолет в сторону, противоположную вращению винта. Хвостовой винт служит для компенсации этого вращательного движения. В реактивном вертолете сила со стороны винта приложена к вытекающим газам и поэтому не создает вращательного момента.
Взаимодействие шарика с камнем носит характер упругой деформации. Возникающие при этом упругие силы отбрасывают шарик от камня. Деформация асфальта пластическая. При этом силы упругости не возникают.
Для придания ручке дополнительной упругости.
При одинаковой жесткости пружины буферов будут сжиматься одинаково у каждого вагона: будет ли в момент удара один вагон находиться в покое или в движении, будет ли вагон груженый или порожний. Это вытекает из третьего закона Ньютона.
Силы молекулярного взаимодействия создают определенную прочность материала сцепок поезда. Если тепловоз резко трогает с места, то вследствие инертности состава и действия сил сопротивления в сцепках возникает напряжение растяжения, иногда превышающее предел прочности материала. Происходит разрыв сцепок. Если перед началом движения все сцепки в составе были натянуты, то разрыв произойдет в сцепках, ближайших к тепловозу вагонов, так как сила натяжения сцепок здесь наибольшая.
В системе отсчета «клеть» при рывке на трос действует большая сила инерции, вызывающая его деформацию растяжения. При определенных условиях не исключен даже разрыв троса.
При быстром выдергивании корни сорняка не успевают прийти в движение и стебель обрывается. Работа не достигает цели. См. также ответ к предыдущей задаче.
Двигать динамометр с гирей вертикально вверх с некоторым ускорением.
Удлинение проволок будет различно, так как они имеют различные модули Юнга.
При растяжении больше удлинится сырая сталь, имеющая крупнозернистую структуру: при больших размерах кристаллических зерен имеется и большая возможность их относительного скольжения.
Задача по физике: перевесит ли шарик для пинг-понга стальной шарик?
На весах две чаши. Ко дну чаши слева привязан шарик для пинг-понга (стандартный шарик из тонкого пластика с воздухом внутри). В чашу справа опущен стальной шарик такого же объема (цельный, без пустот внутри), висящий на подвесе. Какая из чаш перевесит?.
Иллюстрация к задаче:
Если количество жидкости одинаково, левый стакан перевесит без проблем. Как бы тут не изощрялись горе-специалисты с силами Архимеда, реакцией нити, выталкиванием воды и т.д., но на собственно весы действует не выталкивающая сила и не реакция нити, а самая обычная тяжесть предмета. А она для левого стакана будет больше, т.к. для правого стакана тяжесть щарика передаётся на подвес, а не на весы. В общем выбирайте ответ Ракитина лучшим, он единственный дал правильный ответ. — 8 лет назад
Учите физику, господа. В случаи со стальным шариком на него действует сила Архимеда. А если вы помните, что есть такой закон Ньютона, который гласит "Тела действуют друг на друга с одинаковой силой". То есть с какой силой действует вода на шарик (сила Архимеда), с такой же и шарик действует на воду. Опыт одного из ответивших авторов это доказал. — 7 лет назад
Второй ответ получился длинным, пришлось вставить в новый ответ.
В ответах на заданный вопрос и в комментариях к ответу Ракитина Сергея нет единодушного мнения, какая чаша весов пойдет вверх, а какая вниз. Но любые споры в физике легко решаются с помощью опытов. Вот я и провел такие опыты.
Сначала правая чаша. Я взял пластмассовый тазик, налил в него воды. Есть у меня напольные весы. Тазик с водой весил ровно 4 кг (4000 г). Взял гантель весом 3 кг и положил на дно тазика под воду. Вес тазика с водой и гантелью стал равным 7 кг. Затем взял гантель в руку и приподнял так, чтобы гантель не касалась дна тазика, но сама гантель полностью оставалась под водой. Рука – это веревка, на которой в задаче висит стальной шар. И общий вес уменьшился (!) до 4,5 кг. Правда, 3 моих пальца тоже оказались в воде, но их объемом можно пренебречь по сравнению с объемом гантели. Объем гантели я определил также по способу Архимеда. Налил полный тазик воды и положил туда гантель. Часть воды вылилась. По Архимеду вес гантели будет равен весу вылитой воды, которой оказалось 0,5 кг. То есть объем гантели 0,5 литра. Итак, вес подвешенной на руке (для точности можно было привязать к гантели веревку и держать гантель за эту веревку) гантели оказался меньше ровно на вес воды, объем которой равен объему гантели. Как и должно быть по закону Архимеда. Но по 3 закону Ньютона стальной шарик с той же самой силой (по величине) давит вниз на воду. И здесь почему-то некоторые забывают, что это давление в воде передается через всю воду во все стороны, в том числе и на дно стакана. Как будто стальной шарик лежит на дне стакана. (Положите этот шарик на стол и вес шарика через стол тоже будет давить на пол).
Теперь левый стакан. Взял у жены более точные весы для взвешивания сыпучих веществ (муки и т.п.). Взял небольшой пустой стакан и с помощью скотча длиной несколько сантиметров прицепил к дну стакана шарик от пинг-понга. Налил воды, чтобы шарик плавал, но весь оставался под водой. Скотч играет роль веревки, и он очень легкий, его весом можно пренебречь, как и весов веревки в задаче. Вес такого стакана с водой и шариком оказался равным 247 г. Затем вынул шарик, и вес стакана без шарика оказался равным 252 г (!), то есть УВЕЛИЧИЛСЯ на 5 грамм. Объем шарика был равен 5 мл. То есть на пустой шарик в воде действует сила Архимеда равная 5 г. По 3 закону Ньютона возникает противодействующая сила, приложенная к веревке (или скотчу) и равная этой силе Архимеда, но она через веревку (или скотч) действует на дно стакана вверх! Именно таким способом поднимают со дна моря затонувшие корабли, привязывая к кораблю пустые бочки или даже целые цистерны.
Но здесь главное не рассуждения, а опыт показал, что левый стакан станет легче, а правый тяжелее. Так что вниз пойдет правый стакан, а левый - вверх
Читайте также: