Андрей заметил, что ходить босыми ногами по мелкой морской гальке не так больно, если идти не по берегу, а погрузившись по пояс в воду. С чем это связано?
1) В воде трение между ногами и галькой меньше по сравнению с соответствующим трением на берегу.
2) На человека в воде действует выталкивающая сила, так что сила давления гальки на человека уменьшается.
3) Более холодная по сравнению с воздухом температура воды снимает боль при хождении по гальке.
4) В воде человек может плыть и не испытывать боль от хождения по гальке.
Решение
Дано: человек идёт по гальке: а) по берегу; б) по пояс в воде Найти: объяснение уменьшения боли в воде ⠀ Решение: На суше на человека действует только сила тяжести $mg$. Сила реакции гальки на ноги равна весу человека. В воде на человека дополнительно действует выталкивающая сила Архимеда: $$F_A = \rho_{\text{воды}} \cdot g \cdot V_{\text{погружённой части тела}}$$ Сила Архимеда направлена вертикально вверх и частично компенсирует силу тяжести. Поэтому сила давления ног на гальку (и, по третьему закону Ньютона, ответная сила гальки на ноги) уменьшается: $$N = mg - F_A \lt mg$$ Именно поэтому в воде ходить по гальке не так больно — сила давления на стопы меньше. Ответ соответствует варианту 2: «На человека в воде действует выталкивающая сила, поэтому сила давления гальки на человека уменьшается».
