Тема 23. Расчётная задача
23.06 Статика. Гидростатика
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела расчётная задача
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#74170

Сплошной кубик плотностью        3
900 кг/м  плавает на границе раздела воды и керосина, погрузившись в воду на глубину 4 см (см. рисунок). Слой керосина располагается выше, чем верхняя поверхность кубика. Определите длину ребра кубика.

PIC

Источники: ФИПИ

Показать ответ и решение

При погружении тела в жидкости на тело начинает действовать выталкивающая сила, которая появляется из-за разности давлений на верхнюю и нижнюю точку тела. Распишем давление на верхнюю и на нижнюю точку тела. Верхняя точка:

P в = P0+ ρкghв

Здесь P0  - атмосферное давление, ρк = 800 кг/м3  - плотность керосина, hв  - расстояние от верхнего уровня жидкости до верхней точки кубика. Нижняя точка:

Pн = P0+ ρкghв+ ρкghк +ρвghвода

Здесь hк  - часть ребра, погруженная в керосин, hвода  - часть ребра, погруженная в воду, ρв = 1000 кг/м3  - плотность воды. Найдем разность давлений:

ΔP  =P  − P
       н   в

ΔP  =P0 + ρкghв+ ρкghк+ ρвghвода− (P0 +ρкghв)

ΔP = ρкghк+ ρвghвода

Выталкивающая сила и давление связаны формулой Fвыт =ΔP S  . Тогда выталкивающая сила равна:

Fвыт = (ρкghк +ρвghвода)S

Здесь S = a2  - площадь основания кубика (площадь любой грани), a  - длина ребра кубика. Поскольку в воду погружено hвода = 4  см от длины ребра, то высота части, погруженная в керосин равна hк = a− hвода  . Поскольку тело находится в состоянии покоя, то выталкивающая сила уравновешивает силу тяжести. Получаем равенство:

Fвыт = mg

Сила тяжести же равна:

mg = ρVg

Здесь ρ= 900 кг/м3  - плотность тела, V = a3  - объём кубика. Получаем:

(ρкghк+ ρвghвода)S = ρV g

С учетом всех выражений выше:

(ρк(a− hвода)+ ρвhвода)a2 = ρa3

ρк(a − hвода)+ ρвhвода = ρa

ρкa − ρкhвода +ρвhвода = ρa

hвода(ρв − ρк)= ρa− ρкa

hвода(ρв− ρк)= (ρ− ρк)a

Получаем формулу для длины ребра кубика:

   h   (ρ − ρ)
a= -водаρ−-вρ--к-
          к

Считаем:

a= 4(1000−-800) =8 см
     900− 800
Ответ:
Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Представлено полное правильное решение, включающее следующие

3

элементы:

1) верно записано краткое условие задачи;

2) записаны уравнения и формулы, применение которых

необходимо и достаточно для решения задачи выбранным

спосбом (в данном решении: формула силы тяжесты, формула силы Архимеда, формула объёма)

Правильно записаны необходимые формулы, проведены

2

вычисления и получен ответ (верный или неверный), но допущена

ошибка в записи краткого условия или переводе единиц в СИ

ИЛИ

Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-

либо числовых расчётов

ИЛИ

Записаны уравнения и формулы, применение которых необходимо

и достаточно для решения задачи выбранным способом, но

в математических преобразованиях или вычислениях допущена

ошибка

Записано и использовано не менее половины исходных формул,

1

необходимых для решения задачи

ИЛИ

Записаны все исходные формулы, но в одной из них допущена

ошибка

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3

Специальные программы

Все 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!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!