Global EE

Механика — Задание 18 ОГЭ по физике №00003978

Задание №18. Текстовая Качественная Задача

Механика

№2. Задание 18

ID: 00003978

Гидростатический парадокс

Жидкость может действовать на дно сосуда с силой, превосходящей ее собственный вес. Если налить в сосуды, имеющие разную форму, но одинаковую площадь дна, одну и ту же жидкость до одного уровня (рисунок 1), то при разном количестве налитой жидкости сила давления на дно окажется одинаковой.

Рисунок к заданию 18 ОГЭ по физике — Механика

На рисунке 2 представлена схема прибора голландского математика и механика Симона Стевина (1548–1620), с помощью которого ученый экспериментально доказал, что давление жидкости на дно сосуда не зависит от формы сосуда.

В дне каждого из двух сосудов одинаковой высоты были проделаны одинаковые круглые отверстия с диаметром AD. Отверстия закрывались сверху одинаковыми тонкими деревянными кругами K, и в сосуды наливалась вода. Опыт показывал, что деревянные круги прижимали ко дну сосуда некоторые силы, сравнить которые можно было с помощью противовесов T и S. Измерения показали, что T  =  S, т. е. силы давления воды на круг были одинаковы в обоих сосудах.

Рисунок к заданию 18 ОГЭ по физике — Механика

Учащиеся решили измерить силу давления воды на дно сосуда следующим образом: они не стали вырезать отверстие в дне сосуда, а просто положили деревянный диск на дно, прежде чем начали наливать воду. К диску на нити был прикреплён динамометр, с помощью которого ребята планировали измерить силу отрыва диска от дна сосуда, определив тем самым силу давления воды на поверхность диска. Удастся ли учащимся провести запланированные измерения? Ответ поясните.

Источник: ФИПИ

Решение

Опыт не удастся провести. Когда воду начинают наливать в сосуд, она просочится под деревянный диск. Причина в том, что сила Архимеда возникает только тогда, когда жидкость со всех сторон оказывает давление на тело.

При укладке диска на дно без воды между ним и дном остаётся тонкая прослойка: как только вода добирается до уровня диска, она затекает под него через малейшие неровности.

Как только вода попадает под диск, снизу на него действует гидростатическое давление:

$$P_\text{снизу} = \rho g h$$

а сверху тоже давление воды. Разность давлений порождает силу Архимеда (выталкивающую силу):

$$F_A = \rho_\text{воды} \cdot g \cdot V_\text{диска}$$

Эта сила прижимает диск к поверхности воды и стремится поднять его вверх, а не прижать ко дну. Поэтому динамометр вместо измерения силы давления воды на дно будет фиксировать силу Архимеда, действующую на диск снизу, и диск всплывёт.

Ответ

1. Не удастся.

2. Вода проникнет между деревянным кругом и дном сосуда. Давление со стороны воды будет действовать на деревянный круг сверху и снизу. (Возникнет выталкивающая сила, действующая со стороны воды на деревянный круг.)

Видеоразбор

Другие задания по теме «Механика» (8)