Таяние льда под слоем масла
В цилиндрическом стакане находится вода, а сверху — масло. Они не смешиваются. Когда в стакан бросили кубики льда, то они скрылись под поверхностью масла, а уровень масла поднялся на \(H=4\) см. Затем уровень масла стал медленно опускаться и, опустившись на \(h=3{,}3\) мм, перестал меняться. Найдите отношение плотности льда к плотности воды, если температура в комнате \(20\,^{\circ}\text{C}\).
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаОбъём льда, скрывшегося под маслом, равен объёму вытесненного масла. Сравните объём воды, образовавшейся при таянии, с объёмом льда и с изменением уровня.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(\dfrac{\rho_{\text{л}}}{\rho_{\text{в}}}=\dfrac{H-h}{H}\approx0{,}917\).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеЛёд объёма \(V\) скрылся под поверхностью масла и вытеснил такой же объём масла, поэтому \(SH=V\), где \(S\) — сечение стакана. При температуре \(20\,^{\circ}\text{C}\) лёд тает весь. Объём \(V_0\) образовавшейся воды равен \(V_0=\dfrac{\rho_{\text{л}}V}{\rho_{\text{в}}}=\dfrac{\rho_{\text{л}}SH}{\rho_{\text{в}}}\).
С другой стороны, при таянии объём под поверхностью масла уменьшился на \(V-V_0=Sh\) (уровень упал на \(h\)), значит \(V_0=V-Sh=S(H-h)\). Приравнивая два выражения для \(V_0\), получаем \(H-h=\dfrac{\rho_{\text{л}}H}{\rho_{\text{в}}}\), откуда \[\frac{\rho_{\text{л}}}{\rho_{\text{в}}}=\frac{H-h}{H}\approx0{,}917.\]
Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.
Похожие задачи
- Шайба между двумя жидкостями Савченко, №4.2.2
- Стакан на границе раздела Савченко, №4.2.3
- Задача 4.2.4 Савченко, №4.2.4
- Задача 4.2.9 Савченко, №4.2.9
- Поплавок на леске Савченко, №4.2.10
- Палочка с шариком Савченко, №4.2.11