Задание 20 ОГЭ по физике №00040514
Законы Сохранения
№2. Задание 20
ID: 00040514
Источник: ФИПИ
Решение
Слово равномерно — ключ ко всей задаче. Раз шарик падает с постоянной скоростью, ускорения нет, а значит все силы на него уравновешены. Значит, кинетическая энергия не растёт, и вся «лишняя» энергия уходит в тепло из-за сопротивления воды.
Какие силы действуют.
- сила тяжести $mg$ — вниз;
- выталкивающая сила Архимеда $F_A=\rho_{\text{в}}gV$ — вверх;
- сила сопротивления воды $F_{\text{с}}$ — вверх (шарик движется вниз, сопротивление тормозит).
Шаг 1. Сила сопротивления. Условие равновесия: $mg=F_A+F_{\text{с}}$, откуда
$$F_{\text{с}}=mg-F_A=\rho_{\text{св}}gV-\rho_{\text{в}}gV=(\rho_{\text{св}}-\rho_{\text{в}})gV.$$
Здесь массу шарика мы выразили через плотность свинца: $m=\rho_{\text{св}}V$. Табличные плотности: свинец $\rho_{\text{св}}=11\,300\ \text{кг/м}^{3}$, вода $\rho_{\text{в}}=1000\ \text{кг/м}^{3}$.
Шаг 2. Тепло — это работа сопротивления. Сила сопротивления направлена против движения, поэтому она «съедает» механическую энергию, и вся эта энергия превращается в теплоту:
$$Q=F_{\text{с}}h=(\rho_{\text{св}}-\rho_{\text{в}})gVh.$$
Шаг 3. Выражаем глубину и переводим единицы.
$$h=\dfrac{Q}{(\rho_{\text{св}}-\rho_{\text{в}})gV}.$$
Переводим в СИ: $V=0{,}02\ \text{см}^{3}=0{,}02\cdot10^{-6}=2\cdot10^{-8}\ \text{м}^{3}$ (в одном кубометре миллион кубических сантиметров); $Q=12{,}42\ \text{мДж}=12{,}42\cdot10^{-3}=0{,}01242$ Дж.
Шаг 4. Считаем. Знаменатель:
$(11\,300-1000)\cdot10\cdot2\cdot10^{-8}=10\,300\cdot2\cdot10^{-7}=2{,}06\cdot10^{-3}\ \text{Н}$.
$$h=\dfrac{0{,}01242}{2{,}06\cdot10^{-3}}\approx6{,}0\ \text{м}.$$
Итого шарик оказался примерно на шестиметровой глубине.
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 №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…
- Задание 20 №00040238 — Вагон массой 20 т, движущийся по горизонтальному пути со скоростью 2 дробь:…