Капсула, всплывающая в сосуде
4/10Полая тонкостенная металлическая капсула в форме шара лежит на дне цилиндрического сосуда с площадью дна \(S=5\) м\(^2\). Капсула наполовину заполнена водой, а наполовину — воздухом. Масса оболочки капсулы равна \(M=2\) т, а масса воды в ней — \(m=1{,}5\) т. С помощью лёгкого насоса, встроенного в корпус капсулы, вода переливается из неё в сосуд, и капсула всплывает. На сколько изменится (поднимется или опустится) уровень воды в сосуде в этом процессе (считая от момента, когда вся вода ещё находится в капсуле, и до момента, когда капсула плавает опустошённая)? Плотность воды \(\rho=1000\) кг/м\(^3\).
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаВ начале капсула полностью погружена и вытесняет объём, равный своему объёму. В конце она плавает пустой и вытесняет воду весом, равным своему весу.
ОтветУровень воды в сосуде поднимется на \(10\) см.
РешениеМасса воды, наполовину заполняющей капсулу, равна \(m\), значит, объём капсулы равен \[V = \frac{2m}{\rho} = 3\text{ м}^3.\] Вначале капсула вытесняет объём воды, равный объёму капсулы. В конце, согласно закону Архимеда, капсула вытесняет воду весом, равным весу капсулы. Дополнительно вода из капсулы была перелита в сосуд, поэтому изменение уровня воды в сосуде равно \[\Delta h = \frac{M + m - 2m}{\rho S} = 10\text{ см}.\]
Похожие задачи
- Пустая бутылка: сколько воды долить, чтобы утонула Физтех 2008/09, 11 кл.
- Лунка во льду МОШ 2010/11, 8 кл.
- Шарообразный сосуд МОШ 2011/12, 8 кл.
- Шар с полостью МОШ 2011/12, 8 кл.
- Лёд в кубе с водой МОШ 2012/13, 7 кл.
- Стальной кубик в ртути под водой Курчатов 2013/14, 7 кл.