Плотность масла по линейке
5/10Плотность масла измеряют в опыте, схема которого показана на рисунке. Сосуд разделён на две части вертикальной перегородкой. В одну часть сосуда налита вода, в другую — масло. В перегородку встроен шарнир, который может вращаться без трения. В шарнир вставлена однородная сосновая линейка, которая находится в равновесии. Длина левой части линейки равна \(l_1 = 40\) см, правой — \(l_2 = 60\) см. Плотность воды равна \(\rho_{\text{в}} = 1000\) кг/м\(^3\), плотность линейки \(\rho = 600\) кг/м\(^3\). Чему равна плотность масла \(\rho_{\text{м}}\)?

▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ\(\rho_{\text{м}} = \rho + (\rho_{\text{в}} - \rho)\left(\dfrac{l_1}{l_2}\right)^2 \approx 780\) кг/м\(^3\).
РешениеНа левую часть линейки объёмом \(V_1\) действует направленная вниз сила тяжести \(\rho gV_1\) и направленная вверх сила Архимеда \(\rho_{\text{в}}gV_1\). Сумма этих сил равна \((\rho_{\text{в}} - \rho)gV_1\) и направлена вверх. Аналогично, на правую часть линейки объёмом \(V_2\) действует направленная вверх суммарная сила \((\rho_{\text{м}} - \rho)gV_2\). Плечи этих сил, приложенных к центрам левой и правой частей линейки, относятся, как \(l_1 : l_2\). По правилу рычага при его равновесии отношение плеч равно обратному отношению величин сил: \(\dfrac{l_1}{l_2} = \dfrac{(\rho_{\text{м}} - \rho)gV_2}{(\rho_{\text{в}} - \rho)gV_1}\). Поскольку \(V_2/V_1 = l_2/l_1\), находим: \(\dfrac{\rho_{\text{м}} - \rho}{\rho_{\text{в}} - \rho} = \left(\dfrac{l_1}{l_2}\right)^2\). Отсюда \(\rho_{\text{м}} = \rho + (\rho_{\text{в}} - \rho)\left(\dfrac{l_1}{l_2}\right)^2 \approx 780\) кг/м\(^3\).
Похожие задачи
- Стальной шарик в ртути и воде МОШ 1960/1986, 8-11 кл.
- Лёд в воде под маслом МОШ 1960/1986, 8-11 кл.
- Плотность картофелины ВсОШ 1992/2001, 9 кл.
- Масса метра проволоки ВсОШ 1992/2001, 9 кл.
- Массы монет ВсОШ 1992/2001, 9 кл.
- Пористый «айсберг» ВсОШ 1995/96, 9 кл.