Ученик провел эксперимент по изучению выталкивающей силы, действующей на тело, полностью погруженное в жидкость, причем для эксперимента он использовал различные жидкости и сплошные цилиндры разного объема, изготовленные из разного материала.
Результаты экспериментальных измерений объема цилиндров $V$и выталкивающей силы $F_{Арх}$ (с указанием погрешности измерения) для различных цилиндров и жидкостей он представил в таблице.
Какие утверждения соответствуют результатам проведенных экспериментальных измерений? Из предложенного перечня утверждений выберите два правильных. Укажите их номера.
1) Выталкивающая сила зависит от плотности жидкости.
2) Выталкивающая сила не зависит от плотности материала цилиндра.
3) Выталкивающая сила увеличивается при увеличении объема тела.
4) Выталкивающая сила, действующая на тело при погружении в масло, больше выталкивающей силы, действующей на тело при погружении в воду.
5) Выталкивающая сила не зависит от объема тела.
Источник: ФИПИ
Решение
Дано:
Таблица результатов опытов: жидкость (вода/масло), материал цилиндра (сталь/алюминий), объём тела, сила Архимеда $F_A$.
Найти:
Все верные утверждения, следующие из опыта
⠀
Решение:
Сила Архимеда:
$$F_A = \rho_{\text{жидк}} \cdot g \cdot V_{\text{тела}}$$Утверждение 1 — физически верно, но из данных не следует: для вывода нужны опыты с одинаковым объёмом и одинаковым материалом в разных жидкостях. В таблице нет пар с одинаковыми $V$ и материалом в разных жидкостях.
Утверждение 2 — верное, следует из опыта. Строки 1 и 3: одна и та же жидкость (вода), одинаковый объём ($V = 40$ см³), разный материал (сталь и алюминий) — сила Архимеда одинакова. Вывод: $F_A$ не зависит от материала.
Утверждение 3 — верное, следует из опыта. Строки 3 и 4: одна жидкость (вода), один материал (сталь), объём удвоился — сила Архимеда удвоилась. Вывод: $F_A$ пропорциональна объёму тела.
Утверждение 4 — из опыта не следует: масло и воду сравниваем только для алюминия, но у него разные объёмы — нельзя отделить влияние жидкости от влияния объёма.
Утверждение 5 — неверное: в п. 3 доказали, что зависимость есть.
