Задачи › Сила Архимеда в ускоренных и вращающихся сосудах

Шар на полке или клине в ускоренном сосуде с водой

  1. Шар на полке или клине в ускоренном сосуде с водой

    Физтех 2014/15, 11 кл.
    5/10

    В сосуде с водой закреплён клин. На гладкой поверхности клина, наклонённой к горизонту под углом \(\alpha\) (\(\tg\alpha = 1/4\)), удерживается стеклянный шар с помощью горизонтально натянутой нити (см. рис.). Объём шара \(V\), плотность воды \(\rho\), плотность стекла \(3\rho\).

    Рисунок
    1. Найдите силу натяжения нити при неподвижном сосуде.

    2. Найдите силу натяжения нити при движении сосуда с горизонтальным ускорением \(a = g/8\).

    В обоих случаях шар находится полностью в воде.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Сила Архимеда при ускоренном движении сосуда имеет горизонтальную составляющую \(\rho V a\). Запишите уравнения движения шара в проекциях на горизонтальную и вертикальную оси и учтите, что сила реакции клина перпендикулярна его поверхности.

    Ответ

    1) \(T_1 = \dfrac{1}{2}\rho V g\);  2) \(T_2 = \dfrac{3}{4}\rho V g\).

    Решение

    1) \(T_1 = \dfrac{1}{2}\rho V g\).

    2) Вертикальная и горизонтальная составляющие силы Архимеда \(F_{A1} = \rho V g\), \(F_{A2} = \rho V a\). Пусть \(N_2\) — сила давления клина на шар. Уравнения движения шара в проекциях на горизонтальную и вертикальную оси: \[T_2 + F_{A2} - N_2\sin\alpha = 3\rho V a, \qquad N_2\cos\alpha - 3\rho V g + F_{A1} = 0.\] Отсюда \[T_2 = \left(a + \tg\alpha\right) 2\rho V = \frac{3}{4}\rho V g.\] Замечание. Без учёта \(F_{A2}\) получается типичный неверный ответ \(T_{2\,\text{НЕВ}} = \dfrac{7}{8}\rho V g\).

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи