К коромыслу весов подвешены два алюминиевых цилиндра одинакового объёма. Нарушится ли равновесие весов, если один цилиндр погрузить в воду, другой — в спирт? Ответ обоснуйте. Зависит ли выталкивающая сила от плотности жидкости?
Сила Архимеда прямо пропорциональна плотности жидкости и объёму погруженного тела ($F_{а} = gρ_{ж}V_{т}$). При одинаковом объёме алюминиевых цилиндров и разной плотности жидкости (плотность воды больше плотности спирта), равновесие весов нарушится. В воде будет действовать большая выталкивающая сила, чем в спирте. Цилиндр в спирте перевесит.
Выталкивающая сила зависит от плотности жидкости.
Для решения этой задачи необходимо обратиться к закону Архимеда и основным физическим принципам, связанным с действием выталкивающей силы на погруженные в жидкость тела.
Когда тело погружается в жидкость, на него действует выталкивающая сила, которая равна весу жидкости, вытесненной этим телом. Эту силу можно выразить через закон Архимеда:
Fвыт. = ρж * V_погруж. * g,
где:
− F_выт. — выталкивающая сила,
− ρ_ж — плотность жидкости, в которую погружено тело,
− V_погруж. — объём погружённой части тела,
− g — ускорение свободного падения.
Давайте разберёмся, как именно действует выталкивающая сила на цилиндры. В данном случае оба цилиндра имеют одинаковый объём, и если они полностью погружены в жидкости, объём вытесняемой жидкости для обоих цилиндров будет одинаковым. Однако плотность воды и спирта различна: плотность воды выше, чем плотность спирта. Следовательно, выталкивающая сила, действующая на цилиндр, погружённый в воду, будет больше, чем выталкивающая сила, действующая на цилиндр, погружённый в спирт.
Теперь рассмотрим равновесие весов. Взвешивание на весах предполагает, что коромысло находится в равновесии, когда силы (или моменты сил) на обеих чашах равны. Когда оба цилиндра находятся в воздухе, их веса равны, и равновесие сохраняется. Однако, если один цилиндр погружается в воду, а другой — в спирт, на них начинают дополнительно действовать выталкивающие силы, которые зависят от плотности жидкости, в которой цилиндры погружены.
Поскольку плотность воды больше, чем плотность спирта, выталкивающая сила для цилиндра в воде будет больше, чем для цилиндра в спирте. Это приведёт к тому, что равновесие весов нарушится: сила, действующая на чашу весов с цилиндром в воде, уменьшится больше, чем сила на чашу с цилиндром в спирте.
Таким образом, равновесие весов будет нарушено, потому что выталкивающая сила зависит от плотности жидкости, и плотность воды выше, чем плотность спирта.
Пожауйста, оцените решение
