Изобразите графически силы, действующие на тело, плавающее на воде, всплывающее на поверхность воды, тонущее в воде.

Для решения задачи на графическое изображение сил, действующих на тело в воде, важно понять основные принципы физики, связанные с плаванием и движением тел в жидкости. Эти принципы включают закон Архимеда и законы динамики. Рассмотрим каждую ситуацию отдельно:

1. Тело, плавающее на воде:

• Сила тяжести (вес тела): Это сила, с которой Земля притягивает тело. Она направлена вертикально вниз и равна $ F_{\text{тяж}} = mg $, где $ m $ — масса тела, а $ g $ — ускорение свободного падения (приблизительно $ 9.8 \, \text{м/с}^2 $).

• Выталкивающая сила (сила Архимеда): Это сила, с которой жидкость действует на погруженное в нее тело, направленная вертикально вверх. Согласно закону Архимеда, выталкивающая сила равна весу жидкости, вытесненной телом. Для плавающего тела эта сила равна силе тяжести, т.е., $ F_{\text{Арх}} = F_{\text{тяж}} $.

• На графике изобразите силу тяжести стрелкой вниз и выталкивающую силу стрелкой вверх. Длины стрелок должны быть одинаковыми, что указывает на равновесие сил.

1. Тело, всплывающее на поверхность воды:

• Если тело всплывает, это означает, что выталкивающая сила больше силы тяжести.

• Сила тяжести: Направлена вниз.

• Выталкивающая сила: Направлена вверх и больше по величине, чем сила тяжести. Это создаёт результирующую силу, направленную вверх, из−за которой тело поднимается.

• На графике изобразите силу тяжести стрелкой вниз и более длинную стрелку для выталкивающей силы вверх. Результирующую силу, направленную вверх, можно изобразить маленькой отдельной стрелкой.

1. Тело, тонущее в воде:

• В этом случае сила тяжести больше выталкивающей силы, что приводит к движению тела вниз.

• Сила тяжести: Направлена вниз и больше по величине, чем выталкивающая сила.

• Выталкивающая сила: Направлена вверх.

• На графике изобразите силу тяжести длинной стрелкой вниз и более короткую стрелку для выталкивающей силы вверх. Результирующую силу, направленную вниз, обозначьте маленькой отдельной стрелкой.

В каждом из этих случаев важно помнить, что сила тяжести всегда действует вниз, а выталкивающая сила всегда действует вверх. Основное различие между ситуациями заключается в соотношении величин этих сил, что и определяет поведение тела в жидкости.