Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Изготовленная из соснового дерева тонкая прямая однородная палочка объёмом закреплена за свой верхний конец на горизонтальной оси, вокруг которой она может вращаться в вертикальной плоскости. К нижнему концу этой палочки на тонкой лёгкой нити привязан алюминиевый шарик. Шарик и нижняя часть палочки погружены в сосуд с водой, причём ниже уровня воды располагается ровно половина палочки, и шарик не касается дна сосуда.
При этом палочка наклонена под некоторым углом к горизонту, и вся система находится в равновесии. Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на палочку и на шарик. Найдите объём шарика. Обоснуйте применимость используемых законов к решению задачи.
Обоснование
1. Систему отсчёта, связанную с Землёй, будем считать инерциальной (ИСО).
2. Будем считать палочку абсолютно твёрдым телом. Условие равновесия твёрдого тела, которое может вращаться вокруг некоторой оси – равенство нулю суммы моментов всех сил, приложенных к телу, относительно этой оси.
3. Палочка тонкая, поэтому объём погруженной в воду части палочки можно считать прямо пропорциональным длине этой части.
4. Нить тонкая, поэтому можно пренебречь действующей на неё силой Архимеда.
5. Нить лёгкая, поэтому модуль силы натяжения нити в любой её точке одинаков, в частности: (см. рисунок в решении).
6. Груз не касается дна сосуда, поэтому на него со стороны этого дна не действует сила реакции.
Решение
Изобразим силы, действующие на тела.
На шарик действует сила тяжести , где – масса шарика, сила Архимеда и сила натяжения нити . На палочку
действует сила тяжести , где – масса палочки сила Архимеда , сила натяжения нити и сила реакции опоры
.
Запишем второй закон Ньютона для шарика
где – ускорение шарика.
Сила Архимеда равна
где – плотность жидкости, .
Тогда
Массы тел равны
где – плотность алюминия, – плотность соснового дерева.
Спроецируем второй закон Ньютона на ось :
С учётом уравнений для массы и силы Архимеда
Пусть длина палочки равна , и составляет угол с горизонталью (см. рис.). Запишем правило момента для палочки относительно оси вращения , с учётом, что сила тяжести приложена в центре палочки, а сила Архимеда в центре погруженной части палочки:
Учтем равенства для массы и силы Архимеда
Объединим (1) и (2)
Отсюда
Специальные программы
Программа
лояльности v2.0
Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!
Крути рулетку
и выигрывай призы!
Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.
Бесплатное обучение
в Школково
Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.
Налоговые вычеты
Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».
Специальное предложение
для учителей
Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!
Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ
Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!