Механика — Задание 17 ОГЭ по физике №00040346

Что задумали ученики. Они хотят проверить, как сила давления воды на дно зависит от высоты налитого столба. Прямо «на дно» динамометр не приладишь, поэтому часть дна как бы заменили подвижной деталью — алюминиевым диском, за который можно потянуть.

Какие силы действуют на диск. Диск лежит на дне и плотно к нему прилегает, вода под него не проходит. Значит, сверху на диск давит вода с силой $$F_{давл} = p S = \rho g h S,$$ где $\rho$ — плотность воды, $h$ — высота столба воды над диском, $S$ — площадь диска. Кроме того, диск притягивает Земля — сила тяжести $mg$ тоже тянет его вниз.

Что показывает динамометр. В момент отрыва нить должна пересилить обе прижимающие силы: $$F_{отр} = mg + \rho g h S.$$

Почему опыт работает. В этой формуле масса диска $m$, его площадь $S$, плотность воды $\rho$ и $g$ от опыта к опыту не меняются — единственное, что меняют ученики, это высота столба $h$. Значит, всё изменение показаний динамометра вызвано именно ростом столба воды, причём растёт оно строго пропорционально $h$. Если отложить показания по вертикали, а высоту столба по горизонтали, точки лягут на прямую, поднятую над началом координат на величину $mg$ — постоянный вес самого диска.

Вывод. Да, задуманное исследование провести удалось: сила отрыва отличается от искомой силы давления лишь на постоянное слагаемое $mg$, поэтому зависимость силы давления воды от высоты столба жидкости из этих измерений видна полностью.