Сплошной кубик плотностью 900 кг/м3 плавает на границе раздела воды и керосина, погружаясь в воду на 4 см (см. рисунок). Слой керосина располагается выше, чем верхняя поверхность кубика. Определите длину ребра кубика.
Пусть VVV - объем кубика, lll - длина его ребра, hwh_whw - высота погружения кубика в воду, hkh_khk - высота поднятия уровня керосина над поверхностью воды, ρw=1000 кг/м3\rho_w = 1000 \, \text{кг/м}^3ρw=1000кг/м3 - плотность воды, ρk\rho_kρk - плотность керосина.
Сила Архимеда, действующая на кубик в воде равна весу воды, вытесненной кубиком: FА=V⋅ρw⋅g=V⋅ρw⋅gF_{\text{А}} = V \cdot \rho_w \cdot g = V \cdot \rho_w \cdot gFА=V⋅ρw⋅g=V⋅ρw⋅g
где ggg - ускорение свободного падения.
Сила Архимеда, действующая на кубик в керосине равна весу керосина, вытесненного кубиком: FА’=V⋅ρk⋅g=V⋅ρk⋅gF_{\text{А'}} = V \cdot \rho_k \cdot g = V \cdot \rho_k \cdot gFА’=V⋅ρk⋅g=V⋅ρk⋅g
Сумма сил Архимеда, действующих на кубик вводеикеросинев воде и керосиневводеикеросине, равна весу кубика: F<em>А+F</em>А′=V⋅ρw⋅g+V⋅ρk⋅g=V⋅ρw⋅g=V⋅ρ⋅gF<em>{\text{А}} + F</em>{\text{А}'} = V \cdot \rho_w \cdot g + V \cdot \rho_k \cdot g = V \cdot \rho_w \cdot g = V \cdot \rho \cdot gF<em>А+F</em>А′=V⋅ρw⋅g+V⋅ρk⋅g=V⋅ρw⋅g=V⋅ρ⋅g
где ρ=900 кг/м3\rho = 900 \, \text{кг/м}^3ρ=900кг/м3 - плотность кубика.
Из условия задачи известно, что кубик погружается в воду на 4 см, то есть вытесняет объем воды равный 4 см * площадь основания кубика: V⋅ρw=0.04 м3V \cdot \rho_w = 0.04 \, \text{м}^3V⋅ρw=0.04м3V=0.04ρw=0.041000=0.00004 м3V = \frac{0.04}{\rho_w} = \frac{0.04}{1000} = 0.00004 \, \text{м}^3V=ρw0.04=10000.04=0.00004м3
Таким образом, можно записать уравнение на плотность кубика: 900⋅0.00004⋅10=900⋅l3900 \cdot 0.00004 \cdot 10 = 900 \cdot l^3900⋅0.00004⋅10=900⋅l33.6⋅10−3=900l33.6 \cdot 10^{-3} = 900l^33.6⋅10−3=900l3l3=3.6⋅10−3900l^3 = \frac{3.6 \cdot 10^{-3}}{900}l3=9003.6⋅10−3l3=4⋅10−6l^3 = 4 \cdot 10^{-6}l3=4⋅10−6l=4⋅10−63≈0.016 м или 1.6 смl = \sqrt[3]{4 \cdot 10^{-6}} \approx 0.016 \, \text{м} \, \text{или} \, 1.6 \, \text{см}l=34⋅10−6≈0.016мили1.6см
Пусть VVV - объем кубика, lll - длина его ребра, hwh_whw - высота погружения кубика в воду, hkh_khk - высота поднятия уровня керосина над поверхностью воды, ρw=1000 кг/м3\rho_w = 1000 \, \text{кг/м}^3ρw =1000кг/м3 - плотность воды, ρk\rho_kρk - плотность керосина.
Сила Архимеда, действующая на кубик в воде равна весу воды, вытесненной кубиком:
FА=V⋅ρw⋅g=V⋅ρw⋅gF_{\text{А}} = V \cdot \rho_w \cdot g = V \cdot \rho_w \cdot gFА =V⋅ρw ⋅g=V⋅ρw ⋅g где ggg - ускорение свободного падения.
Сила Архимеда, действующая на кубик в керосине равна весу керосина, вытесненного кубиком:
FА’=V⋅ρk⋅g=V⋅ρk⋅gF_{\text{А'}} = V \cdot \rho_k \cdot g = V \cdot \rho_k \cdot gFА’ =V⋅ρk ⋅g=V⋅ρk ⋅g
Сумма сил Архимеда, действующих на кубик вводеикеросинев воде и керосиневводеикеросине, равна весу кубика:
F<em>А+F</em>А′=V⋅ρw⋅g+V⋅ρk⋅g=V⋅ρw⋅g=V⋅ρ⋅gF<em>{\text{А}} + F</em>{\text{А}'} = V \cdot \rho_w \cdot g + V \cdot \rho_k \cdot g = V \cdot \rho_w \cdot g = V \cdot \rho \cdot gF<em>А+F</em>А′=V⋅ρw ⋅g+V⋅ρk ⋅g=V⋅ρw ⋅g=V⋅ρ⋅g где ρ=900 кг/м3\rho = 900 \, \text{кг/м}^3ρ=900кг/м3 - плотность кубика.
Из условия задачи известно, что кубик погружается в воду на 4 см, то есть вытесняет объем воды равный 4 см * площадь основания кубика:
V⋅ρw=0.04 м3V \cdot \rho_w = 0.04 \, \text{м}^3V⋅ρw =0.04м3 V=0.04ρw=0.041000=0.00004 м3V = \frac{0.04}{\rho_w} = \frac{0.04}{1000} = 0.00004 \, \text{м}^3V=ρw 0.04 =10000.04 =0.00004м3
Таким образом, можно записать уравнение на плотность кубика:
900⋅0.00004⋅10=900⋅l3900 \cdot 0.00004 \cdot 10 = 900 \cdot l^3900⋅0.00004⋅10=900⋅l3 3.6⋅10−3=900l33.6 \cdot 10^{-3} = 900l^33.6⋅10−3=900l3 l3=3.6⋅10−3900l^3 = \frac{3.6 \cdot 10^{-3}}{900}l3=9003.6⋅10−3 l3=4⋅10−6l^3 = 4 \cdot 10^{-6}l3=4⋅10−6 l=4⋅10−63≈0.016 м или 1.6 смl = \sqrt[3]{4 \cdot 10^{-6}} \approx 0.016 \, \text{м} \, \text{или} \, 1.6 \, \text{см}l=34⋅10−6 ≈0.016мили1.6см
Итак, длина ребра кубика составляет около 1.6 см.