Согласно принципу Архимеда, тело плавает в жидкости, если вес вытесненной жидкости равен весу самого тела.
Обозначим:
- V - полный объем тела,
- V_вытекаемое - объем части тела, погруженной в жидкость,
- ρ_жидкости - плотность жидкости,
- ρ_дерева - плотность дерева,
- g - ускорение свободного падения (вместе с другими постоянными можно не учитывать).
Согласно условию задачи, объем части тела, находящейся на поверхности жидкости, в 4 раза меньше объема тела. То есть:
[ V_вытекаемое = \frac{V}{5} ]
Так как 1/5 – это часть объема, находящегося под поверхностью жидкости, а 4/5 – это часть, находящаяся над ней.
Теперь можем записать равенство весов:
[ ρ_жидкости \cdot V_вытекаемое \cdot g = ρ_дерева \cdot V \cdot g ]
Убираем ( g ) из уравнения:
[ ρ_жидкости \cdot V_вытекаемое = ρ_дерева \cdot V ]
Подставляем известные значения и выражаем плотность дерева:
- ( V_вытекаемое = \frac{V}{5} )
- ( ρ_жидкости = 900 , \text{кг/м}^3 )
Теперь подставим:
[ 900 \cdot \frac{V}{5} = ρ_дерева \cdot V ]
Сократим ( V ) (предполагаем, что объем не равен нулю):
[ 900 \cdot \frac{1}{5} = ρ_дерева ]
[ ρ_дерева = \frac{900}{5} = 180 , \text{кг/м}^3 ]
Таким образом, плотность дерева равна 180 кг/м³.