Проверьте на опыте, что легче − держать ведро без воды в воздухе или с водой в воде. Опыт объясните.
Легче держать ведро с водой в воде. Если ведро в толще вод, то для удержания необходима меньшая сила, т.к помогает сила Архимеда. Если ведро не полное, то оно будет плавать на поверхности и его нужно будет только поддерживать чтобы оно не опрокинулось.
Для объяснения данного опыта нужно рассмотреть понятия силы тяжести, силы Архимеда и основы гидростатики.
Сила тяжести
Каждое тело на Земле испытывает воздействие силы тяжести, которая направлена вертикально вниз к центру Земли. Сила тяжести рассчитывается по формуле:
$ F_g = m \cdot g $,
где $ m $ — масса тела, а $ g $ — ускорение свободного падения (примерно 9,8 м/с² на поверхности Земли).
Когда вы держите ведро в воздухе, вы ощущаете силу тяжести, действующую на ведро.
Архимедова сила
Когда тело погружается в жидкость, на него начинает действовать сила Архимеда — это выталкивающая сила, возникающая из−за разницы давлений жидкости на разных участках погруженного тела. Сила Архимеда действует вверх и рассчитывается по формуле:
$ F_A = \rho \cdot V \cdot g $,
где $ \rho $ — плотность жидкости, $ V $ — объем тела, вытесняющего жидкость (объем погруженной части), а $ g $ — ускорение свободного падения.
Таким образом, когда ведро с водой находится в воде, на него действует выталкивающая сила, которая компенсирует часть силы тяжести. Это уменьшает нагрузку на руку и делает ощущение веса ведра меньше по сравнению с тем, когда оно находится в воздухе.
Когда ведро с водой погружается в воду, на него действует сила тяжести воды и ведра, но также начинает действовать выталкивающая сила.
Полная сила, которую вы ощущаете, будет равна:
$ F_{ощущаемая} = F_g - F_A $,
где $ F_g $ — суммарная сила тяжести ведра и воды, а $ F_A $ — сила Архимеда.
Чем больше объем воды в ведре (или его погруженной части), тем больше выталкивающая сила, которая компенсирует силу тяжести.
Зависимость веса от погружения в жидкость
В воде чувство веса уменьшается из−за силы Архимеда, так как жидкость «поддерживает» часть массы ведра. Поэтому ведро с водой в воде кажется легче, чем ведро без воды в воздухе.
Итак, за счет действия выталкивающей силы в воде держать ведро с водой легче, чем держать пустое ведро в воздухе.
Пожауйста, оцените решение
