Задание 20 ОГЭ по физике №00040054
Законы Сохранения
№2. Задание 20
ID: 00040054
Источник: ФИПИ
Решение
Шарик движется равномерно — скорость постоянна, ускорения нет. По первому закону Ньютона это значит, что все силы уравновешены. Именно из этого равновесия мы и вытащим плотность материала.
Силы, действующие на шарик в воде.
- сила тяжести $mg$ — вниз;
- архимедова (выталкивающая) сила $F_A=\rho_{\text{в}}gV$ — вверх;
- сила сопротивления воды $F_{\text{с}}$ — вверх, против движения.
Шаг 1. Сила сопротивления через плотности. Условие равномерного движения: $mg=F_A+F_{\text{с}}$. Массу выразим через искомую плотность: $m=\rho V$. Тогда
$$F_{\text{с}}=\rho gV-\rho_{\text{в}}gV=(\rho-\rho_{\text{в}})gV.$$
Шаг 2. Куда девается энергия. Сила сопротивления направлена против перемещения, поэтому она забирает у шарика механическую энергию, и та целиком превращается в теплоту:
$$Q=F_{\text{с}}h=(\rho-\rho_{\text{в}})gVh.$$
Шаг 3. Выражаем плотность.
$$\rho=\rho_{\text{в}}+\dfrac{Q}{gVh}.$$
Шаг 4. Переводим единицы и считаем. $V=0{,}04\ \text{см}^{3}=0{,}04\cdot10^{-6}=4\cdot10^{-8}\ \text{м}^{3}$; $Q=24{,}84\ \text{мДж}=0{,}02484$ Дж; плотность воды из таблицы $\rho_{\text{в}}=1000\ \text{кг/м}^{3}$; $g=10\ \text{м/с}^{2}$.
Знаменатель: $gVh=10\cdot4\cdot10^{-8}\cdot6=2{,}4\cdot10^{-6}$.
$$\rho=1000+\dfrac{0{,}02484}{2{,}4\cdot10^{-6}}=1000+10\,350=11\,350\ \dfrac{\text{кг}}{\text{м}^{3}}.$$
Загляни в таблицу плотностей: около $11\,300$–$11\,350\ \text{кг/м}^{3}$ — это свинец. Значит, шарик свинцовый, и ответ выглядит правдоподобно.
Ответ
Другие задания по теме «Законы Сохранения» (8)
- Задание 20 №00040567 — Два свинцовых шарика массами m _{1 }= 100 г и m _{2 }= 200 г движутся навстречу…
- Задание 20 №00040558 — Стальной молот падает с высоты 10 м и забивает сваю. При ударе 50% энергии идёт…
- Задание 20 №00040538 — Стальной молот падает с некоторой высоты, забивает сваю и нагревается при ударе…
- Задание 20 №00040537 — Два свинцовых шарика с массами m _{1 }= 100 г и m _{2 }= 200 г движутся…
- Задание 20 №00040514 — Маленький свинцовый шарик объёмом 0,02 см^{3} равномерно падал по вертикали в…
- Задание 20 №00040401 — Конькобежец массой 60 кг, стоя на коньках на льду, бросает в горизонтальном…
- Задание 20 №00040371 — Тело массой 800 г движется в горизонтальном направлении со скоростью 4 дробь:…
- Задание 20 №00040293 — Снаряд, движущийся горизонтально, разорвался на два равных осколка по 1 кг…