Плавание тел и воздухоплавание: объяснение и задачи по физике 7 класса

Плавание тел в 7 классе — это ответ на вопрос, утонет тело, всплывёт или будет плавать, и он зависит от сравнения двух сил: силы тяжести, которая тянет вниз, и силы Архимеда, которая выталкивает вверх.

Суть простыми словами

На тело в жидкости действуют две силы: вниз — сила тяжести mg, вверх — выталкивающая сила Архимеда F_A = ρ_ж · g · V_погр. Если тело тянет вниз сильнее, чем выталкивает вода, оно идёт ко дну; если наоборот — поднимается; если силы уравновешены — плавает. Как считать саму силу Архимеда, подробно разобрано в теме про закон Архимеда, а здесь главное — как быстро предсказать результат.

Для этого сравнивают не силы, а плотности. Если плотность тела больше плотности жидкости, тело тонет; меньше, всплывает и плавает на поверхности; равна, висит внутри. Поэтому сухая сосна (400 кг/м³) плавает в воде (1000 кг/м³), мрамор (2700 кг/м³) тонет, а одно и то же железо (7800 кг/м³) тонет в воде, но плавает в ртути (13 600 кг/м³).

У плавающего на поверхности тела F_A = mg, значит погружена только часть. Доля погружённого объёма равна отношению плотностей: V_погр : V = ρ_тела : ρ_жидкости. У льда (около 900 кг/м³) в воде под водой остаётся примерно девять десятых.

Почему плывёт стальной корабль? Он полый внутри: заполнен воздухом. Его средняя плотность (вместе с воздухом) меньше плотности воды. Корабль вытесняет столько воды, что вес этой воды равен весу корабля. Подводная лодка меняет среднюю плотность, набирая воду в балластные цистерны и выпуская её. Воздушный шар плавает в воздухе по тому же закону: шар заполнен горячим воздухом или лёгким газом, поэтому его средняя плотность меньше плотности окружающего воздуха.

Разобранная задача 1. Сосновый брусок массой 400 г и объёмом 1000 см³ кладут в воду. Плотность бруска 400 : 1000 = 0,4 г/см³ — меньше, чем у воды, значит он плавает. Под водой окажется 0,4 объёма, то есть 400 см³. Проверка: F_A = 1000 · 10 · 0,0004 = 4 Н, а mg = 0,4 · 10 = 4 Н — силы равны.

Разобранная задача 2. Баржа с вертикальными бортами вышла из реки в море. В речной воде плотностью 1000 кг/м³ её осадка 203 см, в море 200 см. Какова плотность морской воды? Баржа плавает, значит вес вытесненной воды одинаков, а площадь дна та же. Тогда ρ · h постоянно: 1000 · 203 = ρ · 200, ρ = 1015 кг/м³.

Где встречается на экзамене

• ВПР в 7 классе. Тема заявлена элементами 4.7 «Закон Архимеда» и 4.8 «Плавание тел. Воздухоплавание» в описании ВПР углублённого уровня 2026 года. В образце базового уровня 2026 года это №4 с баржей: задание 4 ВПР по физике 7 класс.
• ОГЭ 2027 по физике. Кодификатор: элемент 1.23 «Закон Архимеда… Условие плавания тела. Плавание судов и воздухоплавание» (класс 7). В демо 2027 5 задание ОГЭ физика — два шарика одного объёма на весах опускают в воду и керосин, и равновесие нарушается: в воде выталкивающая сила больше. Опыты с силой Архимеда — в комплекте № 1 для 17 задания ОГЭ физика.
• ЕГЭ 2027 по физике. Закон Архимеда и условие плавания тел — элемент 1.3.6 кодификатора, его проверяет 4 задание ЕГЭ физика.

Где ошибаются

1. Считают, что тяжёлое тонет, а лёгкое плавает. Решает не масса, а плотность: огромный стальной корабль плавает, а маленький гвоздь тонет.
2. Сравнивают плотность тела не с той средой. Для воздушного шара сравнивают его среднюю плотность с плотностью воздуха, для корабля — с плотностью воды, для льда в ртути — с ртутью.
3. Думают, что F_A зависит от массы тела. Выталкивающая сила зависит от объёма погружённой части и плотности жидкости, но не от массы тела: в практических работах это проверяют на цилиндрах разной массы.
4. Считают, что плавающее тело погружено целиком. На поверхности под водой только часть, и эта часть равна отношению плотностей: у сосны 0,4, у льда 0,9. Целиком погружено только тело, которое висит в толще жидкости.

Шпаргалка за 30 секунд

Плавающее тело: F_A = mg. Доля под водой = ρ_тела : ρ_жидкости.

В режиме «Плавание» тренажёра «Сила Архимеда» кладёшь в аквариум пробку, сосну, лёд, сталь, плот с грузом или подводную лодку с балластом и заранее угадываешь, что всплывёт. Дальше по курсу — раздел работа, мощность, энергия. Задачу про баржу или воздушный шар, которая не получается, можно разобрать на пробном занятии по физике.