Какую минимальную силу нужно приложить, чтобы погрузить мяч массой 400 г и объемом 4 литра в воду на глубину 1 м (расстояние от верхней кромки мяча до поверхности). Мяч накачан туго, так что изменением объема при погружении можно пренебречь. Ответ, выраженный в Н, записать числом.
Для решения этой задачи нам необходимо рассмотреть равновесие сил, действующих на мяч в воде.
Сила Архимеда, действующая на мяч, равна весу вытесненной им воды и равна по модулю весу мяча: FA=mg,F_A = mg,FA=mg,
где mmm - масса мяча, ggg - ускорение свободного падения.
Также на мяч действует сила тяжести, направленная вниз: Fтяж=mg,F_\text{тяж} = mg,Fтяж=mg,
При погружении мяча в воду, необходимо рассмотреть силу давления, направленную вверх: Fдавл=ρVg,F_\text{давл} = \rho V g,Fдавл=ρVg,
где ρ\rhoρ - плотность воды, VVV - объем мяча.
Эта сила компенсирует силу тяжести, т.е. F<em>давл=F</em>тяж,F<em>\text{давл} = F</em>\text{тяж},F<em>давл=F</em>тяж,ρVg=mg,\rho V g = mg,ρVg=mg,
Для решения этой задачи нам необходимо рассмотреть равновесие сил, действующих на мяч в воде.
Сила Архимеда, действующая на мяч, равна весу вытесненной им воды и равна по модулю весу мяча:
FA=mg,F_A = mg,FA =mg, где mmm - масса мяча, ggg - ускорение свободного падения.
Также на мяч действует сила тяжести, направленная вниз:
Fтяж=mg,F_\text{тяж} = mg,Fтяж =mg,
При погружении мяча в воду, необходимо рассмотреть силу давления, направленную вверх:
Fдавл=ρVg,F_\text{давл} = \rho V g,Fдавл =ρVg, где ρ\rhoρ - плотность воды, VVV - объем мяча.
Эта сила компенсирует силу тяжести, т.е.
F<em>давл=F</em>тяж,F<em>\text{давл} = F</em>\text{тяж},F<em>давл=F</em>тяж, ρVg=mg,\rho V g = mg,ρVg=mg,
V=4 л=0.004 м3,V = 4 \, \text{л} = 0.004 \, \text{м}^3,V=4л=0.004м3, m=0.4 кг,m = 0.4 \, \text{кг},m=0.4кг, ρ=1000 кг/м3,\rho = 1000 \, \text{кг/м}^3,ρ=1000кг/м3, g=9.8 м/с2.g = 9.8 \, \text{м/с}^2.g=9.8м/с2.
Подставляя данные, получаем:
0.004⋅1000⋅9.8=0.4⋅9.8,0.004 \cdot 1000 \cdot 9.8 = 0.4 \cdot 9.8,0.004⋅1000⋅9.8=0.4⋅9.8, 39.2=3.92,39.2 = 3.92,39.2=3.92,
Таким образом, минимальная сила, которую нужно приложить, чтобы погрузить мяч в воду на глубину 1 м, равна \textbf{3.92 Н}.