Два сообщающихся сосуда с различными поперечными сечениями наполнены водой. Площадь поперечного сечения у узкого сосуда в 100 раз меньше, чем у широкого. На узкий поршень поставили гирю весом 2 Н. Найди, какой груз надо положить на широкий поршень, чтобы оба груза находились в равновесии.
Для нахождения ответа воспользуемся принципом плавучести. Полная сила, действующая на узкий поршень (гирю), равна весу гиря и силе архимедовой пробужденной выталкиванием жидкости из сосуда: F1 = m1 * g + P1 = 2 Н, где m1 - масса гиря, g - ускорение свободного падения, P1 - сила архимедовой.
Аналогично для широкого поршня: F2 = m2 * g + P2, где m2 - масса груза, P2 - сила архимедовой.
Так как сосуды сообщаются, то силы архимедовой равны. Также можно записать, что общий объем воды в обоих сосудах одинаков: m1/S1 = m2/S2, где S1 и S2 - площади поперечного сечения у узкого и широкого сосудов соответственно.
Из условия задачи S1 = S2 / 100.
Теперь можем записать уравнение для равновесия: 2 + P1 = m2 * g + P2, где P1 = P2.
Для нахождения ответа воспользуемся принципом плавучести. Полная сила, действующая на узкий поршень (гирю), равна весу гиря и силе архимедовой пробужденной выталкиванием жидкости из сосуда:
F1 = m1 * g + P1 = 2 Н,
где m1 - масса гиря, g - ускорение свободного падения, P1 - сила архимедовой.
Аналогично для широкого поршня:
F2 = m2 * g + P2,
где m2 - масса груза, P2 - сила архимедовой.
Так как сосуды сообщаются, то силы архимедовой равны. Также можно записать, что общий объем воды в обоих сосудах одинаков:
m1/S1 = m2/S2,
где S1 и S2 - площади поперечного сечения у узкого и широкого сосудов соответственно.
Из условия задачи S1 = S2 / 100.
Теперь можем записать уравнение для равновесия:
2 + P1 = m2 * g + P2,
где P1 = P2.
Также можем записать соотношение масс:
2 / S1 = m2 / S2.
Подставляем S1 = S2 / 100 и находим m2:
2 / (S2 / 100) = m2 / S2,
m2 = 0.02 кг.
Теперь можем найти P2:
2 + P1 = m2 g + P2,
P2 = 2 + 0.02 9.8 = 2.196 Н.
Итак, для равновесия необходимо положить груз массой 0.02 кг (или 20 г) на широкий поршень.