Когда деревянный брусок перенесли из сосуда с водой в сосуд с керосином, объём погружённой части бруска увеличился на 25 см3.
а) Выразите объём погружённой в воду части бруска через объём бруска и плотности бруска и воды.
б) Выразите объём погружённой в керосин части бруска через объём бруска и плотности бруска и керосина.
в) Используя полученные выражения, а также соотношение, связывающее массу бруска с его объёмом и плотностью, выразите массу бруска через заданные в условии величины и плотности жидкостей.
г) Найдите, чему равна масса бруска.
от

1 Ответ

а) Пусть объём бруска равен V, плотность бруска — ρб, плотность воды — ρв. Когда брусок погружен в воду, его объём погружённой части определяется Архимедовой силой, которая уравновешивает тяжесть бруска. Сила Архимеда равна весу вытолкнутой воды, а вес бруска равен его массе, то есть:

ρб * V * g = ρв * Vп * g,

где Vп — объём погружённой в воду части бруска. Убираем ускорение свободного падения (g) и получаем:

ρб * V = ρв * Vп.

Следовательно, объём погружённой в воду части бруска выражается как:

Vп = ρб / ρв * V.

б) Когда брусок переносится в сосуд с керосином, его объём погружённой части будет зависеть от плотности керосина. Пусть плотность керосина равна ρк. Под действием Архимедовой силы для керосина аналогично можно записать:

ρб * V * g = ρк * Vк * g,

где Vк — объём погружённой в керосин части бруска. Убираем ускорение свободного падения (g) и получаем:

ρб * V = ρк * Vк.

Следовательно, объём погружённой в керосин части бруска выражается как:

Vк = ρб / ρк * V.

в) Объём бруска равен V, его масса определяется через плотность и объём как:

m = ρб * V.

Изменение объёма погружённой части бруска, когда его переносят из воды в керосин, равно разности объёмов погружённой части в керосине и в воде:

ΔV = Vк - Vп.

Так как ΔV = 25 см³, то:

Vк - Vп = 25 см³.

Подставим выражения для Vк и Vп:

(ρб / ρк) * V - (ρб / ρв) * V = 25 см³.

Вынем V за скобки:

V * (ρб / ρк - ρб / ρв) = 25 см³.

Теперь выразим V:

V = 25 / (ρб * (1 / ρк - 1 / ρв)).

Теперь найдём массу бруска, используя выражение для массы:

m = ρб * V.

Подставляем найденное значение V:

m = ρб * 25 / (ρб * (1 / ρк - 1 / ρв)).

Упрощаем:

m = 25 / (1 / ρк - 1 / ρв).

г) Теперь можно подставить численные значения для плотности воды (ρв = 1000 кг/м³) и керосина (ρк = 810 кг/м³):

m = 25 / (1 / 810 - 1 / 1000).

Выполним вычисления:

1 / 810 ≈ 0.00123457,

1 / 1000 = 0.001,

0.00123457 - 0.001 = 0.00023457.

Теперь:

m = 25 / 0.00023457 ≈ 106,5 кг.

Ответ: масса бруска примерно 106,5 кг.
от