Две жидкости
5/10Имеется конструкция из двух кубиков с длиной рёбер \(10\) см, соединённых пружиной жёсткостью \(100\) Н/м. Длина нерастянутой пружины \(10\) см. Конструкцию помещают в сосуд, в который налито некоторое количество воды плотностью \(1000\) кг/м\(^3\) и масла плотностью \(900\) кг/м\(^3\). Оказывается, что она плавает так, что каждый куб наполовину погружён в масло. Найдите разницу высот между уровнем масла и воды в таком состоянии, если известно, что верхний кубик в три раза легче нижнего.

▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ\(21\) см.
РешениеПусть \(m_1\), \(m_2\) — массы верхнего и нижнего кубиков, \(a\) — ребро, \(\rho_1\) — плотность масла, \(\rho_2\) — плотность воды, \(\Delta x\) — растяжение пружины. Верхний кубик наполовину погружён в масло, нижний наполовину в масло и наполовину в воду: \[m_1g=\rho_1g\frac{a^3}{2}-k\Delta x,\qquad m_2g=\rho_2g\frac{a^3}{2}+\rho_1g\frac{a^3}{2}+k\Delta x.\] С учётом \(m_1/m_2=1/3\) отсюда \[\Delta x=\frac{g a^3(2\rho_1-\rho_2)}{8k}=1~\text{см}.\] По геометрии рисунка \(\Delta x=h-\dfrac a2-\dfrac a2-l\) (где \(l=10\) см — длина нерастянутой пружины), откуда \(h=21\) см.
Похожие задачи
- «Летучий голландец» из фольги МОШ 2010/11, 7 кл.
- Плавающий корабль в тяжёлом газе (молярная масса) МОШ 2010/11, 10 кл.
- Связанные шарики в воде МОШ 2011/12, 9 кл.
- Ареометр в двух жидкостях Курчатов 2012/13, 7 кл.
- Лёд со стальным шариком Курчатов 2012/13, 8 кл.
- Скорость погружения стакана ВсОШ 2012/13, 9 кл.