Задачи › Сила Архимеда

Два шарика на нитях

  1. Два шарика на нитях

    ВсОШ 2016/17, 9 кл.
    4/10

    Легкий 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 \(g = 10~\text{м/с}^2\).

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Рассмотрите моменты сил относительно каждой опоры. Сила давления воды на дно равна весу воды плюс добавка от погружённого тела.

    Ответ

    \(|N_1 - N_2| = (\rho_0 - \rho)Vg = 70~\text{мН}\).

    Решение

    Пусть \(F\) — 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 \[N_1 = \frac{mg + 2\rho_0Vg}{2}, \qquad N_2 = \frac{mg + 2\rho Vg}{2},\] \[N_1 - N_2 = (\rho_0 - \rho)Vg = 70~\text{мН}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи