Вопрос школьника
Железную деталь размерами 20 х 20 х 25 см погружают в воду. Какую силу нужно приложить, чтобы удержать эту деталь в воде?
Ответ от учителя
Для того чтобы рассчитать силу, необходимую для удержания железной детали в воде, необходимо учитывать два фактора: вес детали и силу Архимеда.
Вес детали можно рассчитать по формуле:
Вес = масса x ускорение свободного падения
Массу детали можно определить, зная ее плотность и объем:
Масса = плотность x объем
Плотность железа составляет около 7,8 г/см³. Объем железной детали размерами 20 х 20 х 25 см равен 20 x 20 x 25 = 10 000 см³.
Таким образом, масса детали будет равна:
Масса = 7,8 x 10 000 = 78 000 г = 78 кг
Вес железной детали можно рассчитать, учитывая ускорение свободного падения, которое на Земле составляет около 9,8 м/с²:
Вес = 78 x 9,8 = 764,4 Н
Теперь необходимо учесть силу Архимеда, которая возникает при погружении тела в жидкость. Сила Архимеда равна весу жидкости, которую вытесняет погруженное тело. Плотность воды составляет около 1 г/см³, поэтому объем воды, вытесненной железной деталью, будет равен ее объему:
Объем воды = 20 x 20 x 25 = 10 000 см³
Сила Архимеда будет равна:
Сила Архимеда = плотность воды x объем воды x ускорение свободного падения
Сила Архимеда = 1 x 10 000 x 9,8 = 98 000 Н
Таким образом, для удержания железной детали размерами 20 х 20 х 25 см в воде необходимо приложить силу, равную разности ее веса и силы Архимеда:
Сила удержания = вес — сила Архимеда
Сила удержания = 764,4 — 98 000 = -97 235,6 Н
Ответ: для удержания железной детали размерами 20 х 20 х 25 см в воде необходимо приложить силу, равную 97 235,6 Н. Однако, так как эта сила отрицательная, то деталь будет тонуть в воде.
