Деревянный кубик плавает в воде так, что в воду погружено 90% его объема. Какая часть объема будет погружена в воду, если поверх воды налить слой керосина, полностью закрывающий кубик? Плотность керосина 800 кг/м3.
от

1 Ответ

Дано:
- Плотность воды (ρвода) = 1000 кг/м³
- Плотность керосина (ρкеросина) = 800 кг/м³
- Объем кубика V

Найти:
- Часть объема кубика, погруженного в воду с налитым слоем керосина.

Решение:

1. Определим объем кубика, который сейчас погружен в воду. Так как 90% его объема погружено в воду, то:
   Vпогруженное = 0,9 * V

2. Сила Архимеда равна весу вытесненной воды. Она определяется формулой:
   Fархимеда = ρвода * g * Vпогруженное
   где g - ускорение свободного падения (можем принять g ≈ 9,81 м/с²).

3. Подставим известные значения:
   Fархимеда = 1000 * 9,81 * (0,9 * V)
   Fархимеда = 8829 * V

4. Теперь рассмотрим ситуацию, когда мы добавляем слой керосина. Пусть высота слоя керосина h, тогда объем керосина, который будет на кубике:
   Vкеросина = S * h
   где S - площадь основания кубика.

5. В этом случае сила Архимеда будет равна сумме сил, действующих от воды и керосина. Сначала найдем новую силу Архимеда:
   Fархимеда = ρвода * g * (Vпогруженное) + ρкеросина * g * (V - Vпогруженное)

6. Сила тяжести кубика равна:
   Fтяжести = ρкубика * g * V
   Плотность дерева (ρкубика) можно найти из условия плавания в воде:
   ρкубика = Fархимеда / (g * V)

7. У равновесия:
   Fтяжести = Fархимеда
   ρкубика * g * V = 8829 * V + 800 * g * (V - 0,9V)

8. Упростим уравнение:
   ρкубика * g * V = 8829 * V + 800 * g * (0,1V)

9. Разделим обе стороны на g * V, получим:
   ρкубика = 8829 + 80

10. Теперь, чтобы узнать, какая часть будет погружена при добавлении керосина, нужно учесть, что часть погруженного объема увеличится. Если ρкубика < ρвода, то кубик будет частично погружен в керосин.

11. Для нахождения нового погруженного объема Vновое:
   Vновое = (ρкубика / ρвода + ρкеросина) * V

12. С учетом плотностей мы можем подставить:
   Vновое = (ρкубика / 1000 + 800) * V

13. После расчетов, если ρкубика = 800, то:
   Vновое = (800 / 1000 + 800) * V

Ответ:
Часть объема, погруженная в воду, будет зависеть от плотности дерева, и если плотность дерева ниже плотности воды, то в итоге у кубика останется 10% объема над уровнем воды, а остальная часть будет находиться в керосине.
от