1. Шар, находясь в воздухе, растягивает пружину динамометра с силой 3,6 Н, а при погружении в воду - с силой 2,8 Н. Найдите плотность шара.
2. Тело плотностью 600 кг/м3 удерживается в воде с помощью нити, прикрепленной к дну сосуда. Объём погруженной части тела равен 3 дм3, сила натяжения нити равна 6 Н. Определите объём всего тела и его массу.
Answers & Comments
Відповідь:
1. Плотность шара равна 4592 кг/м³.
2. Объём тела равен 0,004 м³ , а его масса - 2,4 кг.
Пояснення:
1. Дано:
Р₁=3,6 Н - вес в воздухе,
Р₂=2,8 Н - вес в воде.
Найти: ρ шара.
На любой объект, погружённый в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Таким образом, вес объекта, погружённого в жидкость, будет отличаться от его веса в воздухе в меньшую сторону. Разница будет равна весу вытесненной жидкости, то есть выталкивающей силе (силе Архимеда):
Определим архимедову силу:
[tex]F_{A}=P_{1}-P_{2}[/tex] = 3,6-2,8=0,8 H.
Сила Архимеда вычисляется по формуле:
[tex]F_{A}=[/tex]ρgV , где
ρ - плотность жидкости,
g=9,8 Н/м²- ускорение свободного падения,
V - объём тела.
Из этой формулы определим объём шара:
V=[tex]F_{A}[/tex] / (ρg)=0,8/(1000·9,8)=0,00008 м³.
Найдём массу шара из формулы веса:
Р₁=mg,
m=Р₁/g=3,6/9,8≈0,367 кг.
Вычислим плотность шара:
ρ=m/V,
ρ=0,367/0,00008≈4592 кг/м³.
2. Дано:
ρ₁=600 кг/м³- плотность тела,
ρ₂=1000 кг/м³- плотность воды,
V₁=3 дм³=3·10⁻³ м³ - объём погруженной части тела ,
[tex]F_{H}[/tex]=6 H - сила натяжения нити.
Найти: V -объём всего тела,
m - массу тела.
Поскольку тело находится в равновесии ( рис.) , то
[tex]F_{A} =F_{T} +F_{H}[/tex], где
[tex]F_{A}[/tex] =ρ₂gV₁ - выталкивающая сила,
[tex]F_{T}[/tex]=mg - сила притяжения,
[tex]F_{H}[/tex] - сила натяжения нити.
Итак, ρ₂gV₁=mg+[tex]F_{H}[/tex],
mg=ρ₂gV₁ - [tex]F_{H}[/tex],
m=(ρ₂gV₁ - [tex]F_{H}[/tex])/g=ρ₂V₁ - [tex]F_{H}[/tex]/g,
m= 1000·3·10⁻³- 6/9,8=3-0,6=2,4 кг.
Определим объём тела:
V=m/ρ₁=2,4/600=0,004 м³.