В сосуд с водой поместили шарик из алюминия диаметром 10 см (рис. 1), а в сосуд с керосином — такой же из стали (рис. 2). Одинаковая ли сила Архимеда действует на них? Чему она…
В сосуд с водой поместили шарик из алюминия диаметром 10 см (рис. 1), а в сосуд с керосином — такой же из стали (рис. 2). Одинаковая ли сила Архимеда действует на них? Чему она равна?
Для понимания задачи, давайте разберем, что такое сила Архимеда и как она рассчитывается.
Сила Архимеда
Сила Архимеда — это сила, действующая на тело, погруженное в жидкость (в нашем случае, воду и керосин). Эта сила направлена вверх и равна весу вытесненной телом жидкости.
Формула силы Архимеда
Сила Архимеда рассчитывается по формуле:
\[ F_A = \rho \cdot g \cdot V \]
где:
- \( F_A \) — сила Архимеда,
- \( \rho \) — плотность жидкости,
- \( g \) — ускорение свободного падения (приблизительно 9.81 м/с² на поверхности Земли),
- \( V \) — объем вытесненной жидкости.
Объем шара
Поскольку диаметр шаров одинаковый (10 см), сначала найдем объем алюминиевого и стального шаров. Объем шара рассчитывается по формуле:
\[ V = \frac{4}{3} \pi r^3 \]
где \( r \) — радиус шара.
Радиус шаров: \[ r = \frac{d}{2} = \frac{10 \, \text{см}}{2} = 5 \, \text{см} = 0.05 \, \text{м} \]
Теперь подставим радиус в формулу для объема: \[ V = \frac{4}{3} \pi (0.05^3) = \frac{4}{3} \pi (0.000125) \approx 0.0005236 \, \text{м}^3 \approx 523.6 \, \text{см}^3 \]
Плотности жидкостей
Теперь нам нужно знать плотности воды и керосина для того, чтобы найти силу Архимеда для каждого шара.
- Плотность воды \( \rho_{вода} \approx 1000 \, \text{кг/м}^3 \)
- Плотность керосина \( \rho_{керосин} \approx 800 \, \text{кг/м}^3 \)
Расчет силы Архимеда для каждого шара
Теперь можем рассчитать силу Архимеда для каждого шара.
1. Сила Архимеда на алюминиевый шар в воде:
\[ F_A (вода) = \rho_{вода} \cdot g \cdot V = 1000 \cdot 9.81 \cdot 0.0005236 \approx 5.14 \, \text{Н} \]
2. Сила Архимеда на стальной шар в керосине:
\[ F_A (керосин) = \rho_{керосин} \cdot g \cdot V = 800 \cdot 9.81 \cdot 0.0005236 \approx 4.11 \, \text{Н} \]
Сравнение сил Архимеда
Теперь мы можем подвести итог:
- Сила Архимеда, действующая на алюминиевый шар в воде, составляет примерно 5.14 Н.
- Сила Архимеда, действующая на стальной шар в керосине, составляет примерно 4.11 Н.
Заключение
Сила Архимеда на алюминиевый шар в воде и на стальной шар в керосине не одинаковая. Алюминиевый шар в воде испытывает большую силу Архимеда по сравнению со стальным шаром в керосине.
