В воду опустите картофелину. Почему она тонет? Понемногу растворяя в воде соль, добейтесь того, чтобы картофелина плавала в воде; всплыла на поверхность воды. Объясните опыт.
Плотность картофеля больше плотности воды поэтому он тонет. При добавлении соли, плотность воды увеличивается, и при определенной концентрации, картофель всплывет или будет плавать в толще. Чтобы картофель плавал, плотности воды и картофеля, должны быть одинаковы.
Чтобы объяснить данный опыт, необходимо обратиться к законам физики и рассмотреть основные принципы, связанные с плаванием тел в жидкости.
Сила тяжести
Когда картофелина находится в воде, на нее действует сила тяжести — это сила, с которой Земля притягивает тело. Сила тяжести определяется формулой:
$F_t = mg$,
где $m$ — масса картофелины, $g$ — ускорение свободного падения (приблизительно 9,8 м/с²).
Сила тяжести направлена вниз, к центру Земли.
Сила Архимеда
Когда картофелина погружается в воду, на нее действует выталкивающая сила, называемая силой Архимеда. Эта сила возникает из−за разности давления жидкости на верхнюю и нижнюю части картофелины. Сила Архимеда равна весу вытесненной жидкости и рассчитывается по формуле:
$F_A = \rho_{\text{ж}} V g$,
где $\rho_{\text{ж}}$ — плотность жидкости (воды), $V$ — объем картофелины, который погружается в воду, $g$ — ускорение свободного падения.
Сила Архимеда всегда направлена вверх.
Условие равновесия
Тело будет плавать, погружаться или тонуть в жидкости в зависимости от того, как соотносятся силы тяжести и силы Архимеда:
Если $\rho_{\text{тела}} > \rho_{\text{ж}}$, то тело тонет, так как сила тяжести превышает силу Архимеда.
Если $\rho_{\text{тела}} = \rho_{\text{ж}}$, тело находится в состоянии равновесия в жидкости. Оно "плавает" внутри жидкости, не тонет и не всплывает.
Если $\rho_{\text{тела}} < \rho_{\text{ж}}$, тело всплывает на поверхность, так как сила Архимеда превышает силу тяжести.
Плотность картофелины и воды
Плотность картофелины ($\rho_{\text{картофелины}}$) выше плотности воды ($\rho_{\text{воды}}$), поэтому картофелина тонет в воде. Это связано с тем, что вес картофелины больше, чем вес вытесненной воды, и сила тяжести превышает силу Архимеда.
Растворение соли в воде
Когда в воду постепенно добавляют соль, плотность воды увеличивается. Это происходит потому, что соль растворяется в воде, образуя солевой раствор, и масса воды увеличивается при том же объеме. Плотность соли значительно выше плотности воды, поэтому добавление соли в воду постепенно делает раствор более плотным ($\rho_{\text{раствора}} > \rho_{\text{воды}}$).
Плавание картофелины
С увеличением плотности воды (за счет растворенной соли) наступает момент, когда плотность картофелины становится равной плотности солевого раствора или плотность картофелины становится меньше плотности раствора. В этом случае сила Архимеда становится равной или превышает силу тяжести, и картофелина начинает плавать. Если плотность раствора превышает плотность картофелины, картофелина всплывает на поверхность воды.
Таким образом, данный опыт наглядно демонстрирует действие закона Архимеда и влияние плотности жидкости на плавание тела. Это также показывает, как изменение состава жидкости (например, добавление соли) может изменить условия равновесия тел в жидкости.
Пожауйста, оцените решение
