Физика 7 класс учебник Перышкин, Иванов - страница 166

   Судно держится на воде за счет выталкивающей силы, равной весу вытесненной воды. Большая внутренняя полость, заполненная воздухом, снижает среднюю плотность судна ниже плотности воды, что позволяет выталкивающей силе компенсировать силу тяжести.

   Для противодействия силе Архимеда, которая стремится вытолкнуть водолаза на поверхность, используются утяжелители. Поскольку водолаз в полном снаряжении обладает средней плотностью ниже плотности воды, он естественным образом стремится к всплытию. Дополнительный вес, придаваемый утяжелителями, позволяет компенсировать эту выталкивающую силу, достичь нейтральной плавучести (нулевой плавучести) и обеспечить оптимальное положение тела в водной среде.

   Утяжелители нужны, чтобы водолаз не всплывал наверх. Когда человек надевает водолазное снаряжение, он становится легче воды и хочет вынырнуть. Утяжелители добавляют ему веса, чтобы он мог оставаться на нужной глубине (не всплывать и не тонуть), а также правильно держаться в воде.

   Цель опыта: продемонстрировать существование выталкивающей силы и показать, от чего она зависит.
   После того, как погрузили тело в отливной сосуд, равновесие было нарушено, и стрелка отклонилась в левую сторону. Вытеснив воду, равновесие было возобновлено, по закону Архимеда.

   Доска держится на воде, потому что две силы тянущая вниз (сила тяжести) и толкающая вверх (выталкивающая сила) находятся в идеальном балансе. Если сила тяжести составляет 100 Ньютонов, то и выталкивающая сила, удерживающая доску на плаву, равна тем же 100 Ньютонам.

   Представьте, что тело находится в равновесии в жидкости. Это значит, что сила, тянущая его вниз (сила тяжести), уравновешивается силой, толкающей его вверх (выталкивающей силой). Закон Архимеда говорит нам, что эта выталкивающая сила зависит от плотности жидкости.
   Чем плотнее жидкость, тем сильнее она выталкивает тело. Поэтому, чтобы уравновесить силу тяжести, в более плотной жидкости телу нужно вытеснить меньший объем. Иными словами, в более плотной жидкости тело будет погружено не так глубоко. Если бы эти силы не были равны, тело бы либо пошло ко дну, либо всплыло на поверхность.

   Чтобы понять, как поведут себя различные шарики в керосине, проведем сравнительный анализ их плотностей. Плотность составляет примерно ρ_{керосин} ≈ 800 кг/м³, ρ_пробк. ≈ 240 кг/м³, ρ_{парафин.} ≈ 900 кг/м³, ρ_сталь. ≈ 7800 кг/м³.
   Это сравнение позволяет сделать вывод: пробковый шарик останется на поверхности керосина, так как его плотность меньше плотности жидкости. Парафиновый и стальной шарики, имея более высокую плотность, чем керосин, опустятся на дно.
   Взаимодействие тел с жидкостью определяется двумя силами: силой тяжести, тянущей вниз, и выталкивающей силой Архимеда, действующей вверх. Для пробкового шарика выталкивающая сила преобладает над силой тяжести, в то время как для парафинового и стального шариков сила тяжести оказывается сильнее.

   Благодаря своей более низкой плотности по сравнению с водой, бензин проявляет тенденцию к всплытию при контакте с ней. Это приводит к тому, что горючее остается на поверхности, продолжая гореть, и, смешиваясь с водой, расширяет зону возгорания.

Плотность льда
ρ_льда ≈ 900 кг/м³
Плотность морской воды
ρ_{мор.вод} ≈ 1030 кг/м³
По закону Архимеда:
$$ \frac{V_{\text {п.ч }}}{V_{\text {общ }}}=\frac{\rho_{\text {льда }}}{\rho_{\text {мор.вод }}}=\frac{900 \frac{К Г}{\mathrm{M}^3}}{1030 \frac{К Г}{\mathrm{M}^3}} \approx 0,87 $$
Таким образом, 87 % объёма айсберга находится под водой.

   В исходном состоянии, как ржаные зерна, так и споры спорыньи, демонстрируют погружение в воду, что свидетельствует об их более высокой плотности по сравнению с водой. Введение соли в водный раствор приводит к увеличению его плотности. В результате этого процесса, плотность спор спорыньи становится ниже плотности соленой воды, что вызывает их всплытие. В то же время, ржаные зерна сохраняют плотность, превышающую плотность полученного раствора, и поэтому остаются на дне. Данный метод сепарации базируется на фундаментальном принципе различия плотностей объектов и среды, а также на возможности регулирования плотности среды путем растворения соли.