Брусок дерева кубической формы объемом 1000см3 плавает в воде. Как изменится глубина погружения бруска в воде, если поверх воды налить масло толщиной 2,5 см? Плотность воды равна 1000 кг/м3 , плотность масла  800 кг/м3 ,плотность дерева 600 кг/м3 .
от

1 Ответ

дано:
- объем бруска V = 1000 см³ = 1 × 10^(-3) м³
- плотность воды ρ_water = 1000 кг/м³
- плотность масла ρ_oil = 800 кг/м³
- плотность дерева ρ_wood = 600 кг/м³
- высота слоя масла h_oil = 2.5 см = 0.025 м

найти:
1. Изменение глубины погружения бруска в воде.

решение:

1. Определим массу бруска:
   m_wood = ρ_wood * V = 600 кг/м³ * 1 × 10^(-3) м³ = 0.6 кг.

2. Сила тяжести, действующая на брусок, равна:
   F_gravity = m_wood * g, где g ≈ 9.81 м/с² (ускорение свободного падения).
   F_gravity = 0.6 кг * 9.81 м/с² = 5.886 Н.

3. В состоянии плавания брусок испытывает архимедову силу, равную весу вытесненной воды:
   F_buoyancy = ρ_water * V_displaced * g,
   где V_displaced - объем вытесненной воды.

4. Найдем объем, который будет вытеснять брусок перед наливанием масла:
   V_displaced = m_wood / ρ_water = 0.6 кг / 1000 кг/м³ = 0.0006 м³ = 600 см³.

5. Теперь, когда мы добавляем масло, нужно учитывать, что часть бруска будет находиться в масле и часть — в воде. Объем бруска, погруженный в воду, станет меньше, так как теперь он должен компенсировать вес бруска как массой, так и дополнительным давлением от масла.

6. Для нахождения нового положения бруска, воспользуемся следующим уравнением. Новый вес бруска должен уравновешиваться суммой архимедовых сил от вытесненной воды и масла:
   F_buoyancy_new = F_gravity.
   F_buoyancy_new = ρ_water * V_water_displaced * g + ρ_oil * V_oil_displaced * g.

7. При этом V_water_displaced + V_oil_displaced = V, где V – полный объем бруска.

8. Объем бруска, погруженный в воду сейчас:
   V_water_displaced = V - V_oil_displaced.

9. Объем масла, который помещается над деревом, равен:
   V_oil_displaced = h_oil * A, где A — площадь основания бруска.
   Поскольку брусок является кубом, A = (V^(1/3))² = (0.01 м)² = 0.0001 м².

10. Таким образом, V_oil_displaced = 0.025 м * 0.0001 м² = 0.0000025 м³ = 2.5 см³.

11. Подставляем значения:
   F_gravity = F_buoyancy_new.
   5.886 Н = 1000 кг/м³ * V_water_displaced * 9.81 м/с² + 800 кг/м³ * 0.0000025 м³ * 9.81 м/с².

12. Упростим уравнение:
   5.886 Н = 1000 * V_water_displaced * 9.81 + 800 * 0.0000025 * 9.81.

13. Найдем значение V_water_displaced:
   5.886 = 9810 * V_water_displaced + 0.01968.
   5.886 - 0.01968 = 9810 * V_water_displaced.
   5.86632 = 9810 * V_water_displaced.
   V_water_displaced = 5.86632 / 9810 ≈ 0.000597 м³ = 597 см³.

14. Узнаем новую глубину погружения:
   Теперь новая глубина погружения b будет равна V_water_displaced / A, где A — площадь основания.
   b = 597 см³ / 100 см² = 5.97 см.

ответ:
1. Глубина погружения бруска в воде уменьшится до 5.97 см после наливания масла толщиной 2.5 см.
от