Груз, подвешенный к динамометру и опущенный в стакан с водой до полного погружения, с постоянной скоростью вытаскивают из воды (см. рисунок). Как по мере выхода груза из воды изменяются сила тяжести и сила упругости, действующие на груз?
С пояснением пожалуйста!
Заранее спасибо!)
По мере выхода груза из воды сила тяжести на груз уменьшается, так как его объем, погруженный в воду, уменьшается. В то же время, сила упругости динамометра увеличивается, так как динамометр тянется за грузом и противодействует его движению.
При вытаскивании груза из воды с постоянной скоростью, сила тяжести, действующая на груз, остается неизменной, так как масса груза и ускорение свободного падения не меняются. Однако сила упругости, действующая на груз, уменьшается по мере выхода груза из воды. Это происходит потому, что при погружении груза в воду возникает сила Архимеда, которая направлена вверх и противодействует силе тяжести. По мере выхода груза из воды сила Архимеда уменьшается, что приводит к уменьшению силы упругости, необходимой для поддержания груза в равновесии.
Конечно, давайте разберёмся с этим вопросом подробно.
Когда груз полностью погружен в воду, на него действуют несколько сил: сила тяжести (вес), сила Архимеда (выталкивающая сила) и сила упругости (показание динамометра).
Сила тяжести (вес): Сила тяжести, действующая на груз, определяется формулой ( F_g = mg ), где ( m ) — масса груза, а ( g ) — ускорение свободного падения (приблизительно ( 9.8 \, \text{м/с}^2 ) на поверхности Земли). Эта сила не зависит от того, где находится груз — в воде или в воздухе. То есть, сила тяжести остаётся постоянной во время всего процесса вытаскивания груза из воды.
Сила упругости (показание динамометра): Сила упругости — это сила, с которой пружина динамометра тянет груз вверх. Она компенсирует все остальные силы, действующие на груз. В данном случае, когда груз полностью погружен в воду, на него действует также выталкивающая сила Архимеда. Выталкивающая сила определяется как ( FA = \rho{воды} V g ), где ( \rho_{воды} ) — плотность воды, ( V ) — объём груза, и ( g ) — ускорение свободного падения.
Когда груз находится полностью в воде, сила упругости динамометра ( F_u ) равна разности силы тяжести и выталкивающей силы:
[ F_u = F_g - F_A ]
Когда груз начинает выходить из воды, его объём, погруженный в воду, уменьшается. Это означает, что выталкивающая сила ( F_A ) уменьшается. Так как сила тяжести ( F_g ) остаётся постоянной, сила упругости ( F_u ), измеряемая динамометром, будет увеличиваться, поскольку:
[ F_u = F_g - F_A ]
При полном выходе груза из воды выталкивающая сила ( F_A ) становится равной нулю, и сила упругости ( F_u ) будет равна силе тяжести ( F_g ).
Таким образом, по мере вытаскивания груза из воды:
В конечном итоге, когда груз полностью выйдет из воды, динамометр будет показывать полный вес груза.
Надеюсь, это объяснение помогло вам понять, как изменяются силы, действующие на груз при его вытаскивании из воды!
