Два шарика на нитях
4/10Легкий цилиндрический сосуд с жидкостью стоит на двух симметричных опорах. Над одной из них внутри сосуда привязан к дну полностью погруженный в жидкость поплавок объёмом \(V = 10~\text{см}^3\) и плотностью \(\rho = 500~\text{кг/м}^3\). Над другой опорой висит привязанный снаружи шарик такого же объёма \(V\) и плотностью \(3\rho\) (рис. 1). Плотность жидкости в сосуде равна \(\rho_0 = 1200~\text{кг/м}^3\). Найдите модуль разности сил реакции опор. Ускорение свободного падения \(g = 10~\text{м/с}^2\).

▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаРассмотрите моменты сил относительно каждой опоры. Сила давления воды на дно равна весу воды плюс добавка от погружённого тела.
Ответ\(|N_1 - N_2| = (\rho_0 - \rho)Vg = 70~\text{мН}\).
РешениеПусть \(F\) — сила давления воды на дно, \(T\) — сила натяжения нити, \(N_1\) и \(N_2\) — силы реакции опор. Правило моментов относительно опоры \(A\) и опоры \(B\) даёт \[(N_2 + T)\cdot 2l = F l, \qquad N_1 \cdot 2l = F l .\] Сила давления на дно \(F = \rho_0 g H S = \rho_0 g\left(\dfrac{m}{\rho_0} + 2V\right)\), где \(H\) — уровень воды, \(S\) — площадь дна, \(m\) — масса воды.
Условие равновесия правого шарика: \(T + \rho Vg = \rho_0 Vg\). Решая систему, получаем \[N_1 = \frac{mg + 2\rho_0Vg}{2}, \qquad N_2 = \frac{mg + 2\rho Vg}{2},\] \[N_1 - N_2 = (\rho_0 - \rho)Vg = 70~\text{мН}.\]
Похожие задачи
- Стержень в воде: сила натяжения нити при разной глубине погружения Физтех 2009/10, 11 кл.
- Винни-Пух и шарик с тёплым воздухом МОШ 2009/10, 7 кл.
- Дубовый шар на дне сосуда Ведомственная 2010/11, 9 кл.
- Шарики на весах МОШ 2011/12, 8 кл.
- Вес в вакууме МОШ 2011/12, 8 кл.
- Металл в жидкостях МОШ 2011/12, 9 кл.