Задача по Гидростатике В вертикальный цилиндрический стакан выстой Н = 10 см и площадью дна S = 100 см2 налита вода до уровня h = 8 см. В стакан опустили, не разбрызгивая воду, N1 = 100 стальных шариков объёмом V1 = 1 см3 каждый, а затем ещё N2 = 50 ледяных кубиков объёмом V2 = 2,5 см3. Какова оказалась после этого сила F давления на дно стакана? Плотность воды р = 1 г/см3, стали - р1 = 7,8 г/см3, льда - р2 = 0,9 г/см3, ускорение свободного падения g = 10 м/с2, трением и атмосферным давлением пренебречь
Для решения данной задачи сначала найдем объем воды в стакане и его массу, затем определим изменение массы из-за добавления шариков и кубиков льда, и, наконец, рассчитаем силу давления на дно стакана.
Объем воды:
Объем воды V<em>water V<em>{water} V<em>water можно найти, используя формулу: V</em>water=S⋅h
V</em>{water} = S \cdot h V</em>water=S⋅h
где:
S=100 см2 S = 100 \, \text{см}^2 S=100см2h=8 см h = 8 \, \text{см} h=8см
Общая масса:
Теперь определим общую массу системы вода+стальныешарики+ледяныекубикивода + стальные шарики + ледяные кубикивода+стальныешарики+ледяныекубики: m<em>total=m</em>water+m<em>steel+m</em>ice=800 г+780 г+112.5 г=1692.5 г
m<em>{total} = m</em>{water} + m<em>{steel} + m</em>{ice} = 800 \, \text{г} + 780 \, \text{г} + 112.5 \, \text{г} = 1692.5 \, \text{г} m<em>total=m</em>water+m<em>steel+m</em>ice=800г+780г+112.5г=1692.5г
Сила давления на дно стакана:
Сила давления F F F определяется с помощью формулы: F=m<em>total⋅g
F = m<em>{total} \cdot g F=m<em>total⋅g
где g=10 м/с2 g = 10 \, \text{м/с}^2 g=10м/с2. Переведем массу в килограммы для единообразия: m</em>total=1692.5 г=1.6925 кг
m</em>{total} = 1692.5 \, \text{г} = 1.6925 \, \text{кг} m</em>total=1692.5г=1.6925кг
Теперь вычислим силу давления: F=1.6925 кг⋅10 м/с2=16.925 Н
F = 1.6925 \, \text{кг} \cdot 10 \, \text{м/с}^2 = 16.925 \, \text{Н} F=1.6925кг⋅10м/с2=16.925Н
Таким образом, сила давления на дно стакана составит примерно: F≈16.93 Н
F \approx 16.93 \, \text{Н} F≈16.93Н
Для решения данной задачи сначала найдем объем воды в стакане и его массу, затем определим изменение массы из-за добавления шариков и кубиков льда, и, наконец, рассчитаем силу давления на дно стакана.
Объем воды:Объем воды V<em>water V<em>{water} V<em>water можно найти, используя формулу:
S=100 см2 S = 100 \, \text{см}^2 S=100см2h=8 см h = 8 \, \text{см} h=8смV</em>water=S⋅h V</em>{water} = S \cdot h
V</em>water=S⋅h где:
Подставим значения:
Vwater=100 см2⋅8 см=800 см3 V_{water} = 100 \, \text{см}^2 \cdot 8 \, \text{см} = 800 \, \text{см}^3
Vwater =100см2⋅8см=800см3
Масса воды: Плотность воды ρ<em>water=1 г/см3 \rho<em>{water} = 1 \, \text{г/см}^3 ρ<em>water=1г/см3, тогда:
m</em>water=V<em>water⋅ρ</em>water=800 см3⋅1 г/см3=800 г m</em>{water} = V<em>{water} \cdot \rho</em>{water} = 800 \, \text{см}^3 \cdot 1 \, \text{г/см}^3 = 800 \, \text{г}
m</em>water=V<em>water⋅ρ</em>water=800см3⋅1г/см3=800г
Объем и масса стальных шариков: Каждый шарик имеет объем V<em>1=1 см3 V<em>1 = 1 \, \text{см}^3 V<em>1=1см3, следовательно:
V</em>steel=N1⋅V1=100⋅1 см3=100 см3 V</em>{steel} = N_1 \cdot V_1 = 100 \cdot 1 \, \text{см}^3 = 100 \, \text{см}^3
V</em>steel=N1 ⋅V1 =100⋅1см3=100см3
Масса стальных шариков:
Объем и масса ледяных кубиков: Каждый ледяной кубик имеет объем V<em>2=2.5 см3 V<em>2 = 2.5 \, \text{см}^3 V<em>2=2.5см3, следовательно:m<em>steel=V</em>steel⋅ρsteel=100 см3⋅7.8 г/см3=780 г m<em>{steel} = V</em>{steel} \cdot \rho_{steel} = 100 \, \text{см}^3 \cdot 7.8 \, \text{г/см}^3 = 780 \, \text{г}
m<em>steel=V</em>steel⋅ρsteel =100см3⋅7.8г/см3=780г
V</em>ice=N2⋅V2=50⋅2.5 см3=125 см3 V</em>{ice} = N_2 \cdot V_2 = 50 \cdot 2.5 \, \text{см}^3 = 125 \, \text{см}^3
V</em>ice=N2 ⋅V2 =50⋅2.5см3=125см3
Масса кубиков льда:
m<em>ice=V</em>ice⋅ρice=125 см3⋅0.9 г/см3=112.5 г m<em>{ice} = V</em>{ice} \cdot \rho_{ice} = 125 \, \text{см}^3 \cdot 0.9 \, \text{г/см}^3 = 112.5 \, \text{г}
m<em>ice=V</em>ice⋅ρice =125см3⋅0.9г/см3=112.5г
Общая масса: Теперь определим общую массу системы вода+стальныешарики+ледяныекубикивода + стальные шарики + ледяные кубикивода+стальныешарики+ледяныекубики:
m<em>total=m</em>water+m<em>steel+m</em>ice=800 г+780 г+112.5 г=1692.5 г m<em>{total} = m</em>{water} + m<em>{steel} + m</em>{ice} = 800 \, \text{г} + 780 \, \text{г} + 112.5 \, \text{г} = 1692.5 \, \text{г}
m<em>total=m</em>water+m<em>steel+m</em>ice=800г+780г+112.5г=1692.5г
Сила давления на дно стакана: Сила давления F F F определяется с помощью формулы:
F=m<em>total⋅g F = m<em>{total} \cdot g
F=m<em>total⋅g где g=10 м/с2 g = 10 \, \text{м/с}^2 g=10м/с2. Переведем массу в килограммы для единообразия:
m</em>total=1692.5 г=1.6925 кг m</em>{total} = 1692.5 \, \text{г} = 1.6925 \, \text{кг}
m</em>total=1692.5г=1.6925кг
Теперь вычислим силу давления:
F=1.6925 кг⋅10 м/с2=16.925 Н F = 1.6925 \, \text{кг} \cdot 10 \, \text{м/с}^2 = 16.925 \, \text{Н}
F=1.6925кг⋅10м/с2=16.925Н
Таким образом, сила давления на дно стакана составит примерно:
F≈16.93 Н F \approx 16.93 \, \text{Н}
F≈16.93Н