Давайте разберём задачу поэтапно и подробно.
Дано:
- Сила, показываемая динамометром для тела в воздухе: \(F_0 = 3{,}8\,\text{Н}\)
- Сила, показываемая динамометром, когда тело погружено в жидкость: \(F_{ж} = 2{,}6\,\text{Н}\)
- Плотность тела: \(\rho_т = 2200\,\text{кг/м}^3\)
Требуется найти плотность жидкости \(\rho_{ж}\).
Шаг 1. Понимание ситуации
В воздухе (или в вакууме, в отсутствие жидкости) сила, которую показывает динамометр, равна весу тела:
\[ F_0 = G = mg \] где:- \(m\) — масса тела,
- \(g = 9,8\,\text{м/с}^2\) — ускорение свободного падения.
Когда тело погружено в жидкость, на него действует сила Архимеда \(F_{арх} = \rho_{ж} V g\), и общая сила, которую показывает динамометр, уменьшается на эту величину: \[ F_{ж} = G - F_{арх} \]
Шаг 2. Выразим массу тела через его плотность и объём
Масса тела: \[ m = \rho_т V \] Общий вес: \[ G = m g = \rho_т V g \]
Аналогично, сила Архимеда: \[ F_{арх} = \rho_{ж} V g \]
Когда тело погружено в жидкость, сила, показываемая динамометром: \[ F_{ж} = G - F_{арх} = \rho_т V g - \rho_{ж} V g \]
Выразим \(F_{ж}\): \[ F_{ж} = V g (\rho_т - \rho_{ж}) \]
Шаг 3. Определим объём тела \(V\)
Из первого состояния (в воздухе): \[ F_0 = \rho_т V g \] Отсюда: \[ V = \frac{F_0}{\rho_т g} \]
Подставим числовые значения: \[ V = \frac{3,8\,\text{Н}}{2200\,\text{кг/м}^3 \times 9,8\,\text{м/с}^2} \]
Вычислим: \[ V = \frac{3,8}{2200 \times 9,8} = \frac{3,8}{21560} \approx 0{,}000176\,\text{м}^3 \]
Шаг 4. Найдём плотность жидкости \(\rho_{ж}\)
Обратно воспользуемся формулой для силы в жидкости: \[ F_{ж} = V g (\rho_т - \rho_{ж}) \] Перепишем её: \[ \rho_{ж} = \rho_т - \frac{F_{ж}}{V g} \]
Подставим значения: \[ \rho_{ж} = 2200 - \frac{2,6\,\text{Н}}{0,000176\,\text{м}^3 \times 9,8\,\text{м/с}^2} \]
Посчитаем знаменатель: \[ 0,000176 \times 9,8 \approx 0,001725 \]
Теперь найдём разность: \[ \frac{2,6}{0,001725} \approx 1507 \]
Следовательно: \[ \rho_{ж} \approx 2200 - 1507 = 694\,\text{кг/м}^3 \]
Ответ:
Плотность жидкости равна примерно \(\boxed{694\,\text{кг/м}^3}\).