Небольшой деревянный шар массой т падает в воду с высоты h1 и достигает в воде максимальной глубины h2. Плотность дерева, из которого изготовлен шар, обозначим ρд, плотность воды ρв. Сопротивлением воздуха можно пренебречь.
а) Какие силы действуют на шар при его движении в воздухе и при его движении в воде?
б) Чему равна работа равнодействующей всех приложенных к шару сил при его движении от верхней до нижней точки траектории?
в) Запишите выражение для работы силы тяжести.
г) Запишите выражение для силы Архимеда.
д) Запишите выражение для работы силы Архимеда.
е) Выразите работу силы сопротивления воды через величины, заданные в описании ситуации.
от

1 Ответ

Дано:
- масса шара т (в кг)
- высота падения h1 (в м)
- максимальная глубина h2 (в м)
- плотность дерева ρд (в кг/м³)
- плотность воды ρв (в кг/м³)

а) Какие силы действуют на шар при его движении в воздухе и при его движении в воде?

При движении в воздухе на шар действуют:
- сила тяжести Fт = т * g, где g = 9.81 м/с² (ускорение свободного падения).

При движении в воде на шар действуют:
- сила тяжести Fт = т * g,
- сила Архимеда Fарх = V * ρв * g, где V - объем шара, который равен (4/3) * π * r³, r - радиус шара.

б) Чему равна работа равнодействующей всех приложенных к шару сил при его движении от верхней до нижней точки траектории?

Работа равнодействующей сил A = Aт + Aарх, где
Aт = работа силы тяжести,
Aарх = работа силы Архимеда.

При падении шара с высоты h1 до глубины h2 работа будет равна:
A = Fт * h1 - Fарх * h2 = (т * g * h1) - (V * ρв * g * h2).

в) Запишите выражение для работы силы тяжести.
Aт = Fт * h1 = т * g * h1.

г) Запишите выражение для силы Архимеда.
Fарх = V * ρв * g.

д) Запишите выражение для работы силы Архимеда.
Aарх = Fарх * h2 = V * ρв * g * h2.

е) Выразите работу силы сопротивления воды через величины, заданные в описании ситуации.

Работа силы сопротивления воды Aсопр = Aт - Aарх, то есть:
Aсопр = (т * g * h1) - (V * ρв * g * h2).

Таким образом, это выражение учитывает работу, совершенную шарами при движении в жидкости.
от