В сосуде с водой не касаясь стенок и дна плавает деревянный
#хакнем_физика ???? рубрика, содержащая интересный, познавательный контент по физике как для школьников, так и для взрослых ????
Если решая математические задачи, следует руководствоваться только условиями, в том числе и неявно заданными (например: находя градусную меру одного из смежных углов в случаях, когда известна градусная мера другого, непременной частью условия является значение суммы градусных мер смежных углов, равной 180 град.), то при решении физических задач следует учитывать ВСЕ физические явления и процессы, влияющие на результат рассматриваемой в задаче ситуации.
Вот для примера известная и часто встречающаяся во многих учебниках и сборниках задач, в том числе и олимпиадных (и не только для семиклассников) по физике.
ЗАДАЧА
В стакане с водой плавает кусок льда. Изменится ли уровень воды, когда лёд растает?
Прежде чем продолжить чтение, предлагаю читателю дать (хотя бы для себя) обоснованный ответ на вопрос задачи…
В «Сборнике вопросов и задач по физике» [Н.И. Гольдфарб, изд. 2, «Высшая школа», М.: 1969] эта задача, помещённая как часть № 10.7 на стр. 48, на стр.193 приводится ответ:
«Лёд вытесняет воду, вес которой равен весу льда. Когда лёд растает, образуется такое же количество воды, поэтому уровень не изменится».
Такой же ответ приводится и во многих других сборниках…
А вот в популярнейшем и по сей день, выдержавшим множество изданий трёхтомнике «Элементарный учебник физики» под редакцией академика Г.С. Ландсберга [т. I, изд. 7, стереотипное, «Наука», М.: 1971] ответа на эту задачу (№ 162.2, стр. 351) не приводится. И это не случайно!
Что же не учтено в вышеприведённом ответе? Правильно! Не учтено, что при таянии льда вода в стакане охлаждается — именно поэтому мы и бросаем туда кусочек льда!
Вот как должен выглядеть правильный ответ:
«При таянии льда вода в стакане охлаждается. При охлаждении все вещества уменьшаются в объёме. Однако вода, единственная из всех известных веществ, имеет наибольшую плотность при температуре +4 град. С, а это значит, что при дальнейшем охлаждении данная масса воды увеличивается в объёме, что, как мне это было известно из курса природоведения в 5 классе (1961/1962 учебный год), является условием сохранения жизни на Земле, поскольку позволяет достаточно глубоким водоёмам не промерзать до самого дна!).
При этом возможно три варианта развития ситуации:
I. Если температура воды до начала таяния льда была выше 4 град. С и, хотя и понизилась после таяния льда, но осталась выше этой температуры, то уровень воды в стакане уменьшится.
II. Если температура воды до начала таяния льда была ниже 4 град. С, а после таяния льда ещё и уменьшилась, то уровень воды в стакане увеличится.
III. В случае, когда начальная температура воды была выше 4 град. С, а после того как лёд растаял, оказалась ниже этой температуры, то об уровне ничего определённого сказать нельзя — нужны конкретные данные о температуре и массе воды и льда, чтобы дать точный ответ на вопрос задачи!».
С этой задачей связана для меня одна интересная история.
Лет 15 назад во дворе дома, в котором я живу, ко мне с грустным выражением лица подошёл паренёк по имени Серёжа и попросил помочь подготовиться к предстоящей ему завтра апелляции по физике в нашем Политехническом институте (ныне Технический университет).
Поскольку времени было слишком мало, то я ограничился советом: если, по его мнению, апелляция пройдёт не очень удачно, и надежды исправить тройку на вступительном экзамене не будет, то попросить экзаменатора ответить на вопрос этой задачи и заставил его дословно вызубрить приведённый выше ответ и даже отработал с ним интонацию изложения этого ответа. На следующий вечер он подошёл ко мне с достаточно счастливым видом.
Вот его рассказ, каким я его запомнил:
«Всё получилось так, как Вы и хотели. Апелляцию проводили два человека: профессор и ассистент кафедры общей физики института. Мне выпало общаться с ассистентом, а профессор в это время общался с другим абитуриентом.
В ответ на мою просьбу ответить на мой вопрос ассистент слегка улыбнувшись сказал: «Пожалуйста…».
«После того, как я проговорил условие задачи, ассистент, широко улыбнувшись, произнёс: «Ну, это известная задача. Уровень воды не изменится — это следует из закона Архимеда: плавающий лёд вытесняет массу воды, равную массе льда. Образовавшаяся при таянии льда вода заполнит тот объём, который занимал в воде плавающий лёд…».
«Позвольте с Вами не согласиться», — начал я и затем совершенно спокойно слово в слово пересказал заготовленный нами ответ…
В это время профессор жестом остановил своего абитуриента и стал внимательно меня слушать…
Когда я закончил, возникла небольшая пауза…Профессор, обращаясь к ассистенту спросил: «Что скажешь?».
«Кажется, всё верно», — неуверенно ответил тот, на что профессор сказал, что никогда ещё не слышал столь аргументированного ответа, после чего, уже обращаясь ко мне, добавил: «Молодой человек, мы, к сожалению, не можем поднять Вам оценку сразу на два балла, но четвёрку Вы очевидно заслужили!»».
Мне остаётся лишь добавить, что Серёжа был зачислен студентом!…
Наши читатели могут поделиться своим мнением по поводу решения задачи. Если вам было интересно, не забудьте подписаться на наш канал и хэштег #хакнем_физика
Автор: #себихов_александр 71 год, много лет проработал конструктором-технологом микроэлектронных приборов и узлов в одном из НИИ г. Саратова, затем преподавателем математики и физики.
Другие статьи автора:
Вы читаете контент канала “Хакнем Школа”. Подпишитесь на наш канал, чтобы не терять его из виду.
Источник
Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.
Для иллюстрации действия законов гидростатики и динамики учитель показал в классе два опыта. В первом опыте в большом сосуде с вертикальными стенками, частично заполненном водой, вначале плавал стакан, в котором находился небольшой деревянный шарик (рис. 1). Затем деревянный шарик перекладывали из стакана в сосуд с водой. Уровень воды в сосуде при этом не изменялся.
Рис. 1
Во втором опыте в стакане, который также плавал вначале в большом сосуде с водой, находился стальной шарик. Затем стальной шарик перекладывали из стакана в сосуд с водой. Уровень воды в сосуде при этом понижался.
Почему же так происходит? Дело в том, что (А)________ на дно сосуда равна весу воды, стакана и шарика. Представим себе, что мы поставили сосуд (который для простоты можно считать невесомым) с его содержимым на весы. Тогда они покажут вес содержимого, то есть вес воды, стакана и шарика вместе взятых, причём их показания не зависят от того, где находится шарик − в стакане или в сосуде с водой. С другой стороны, весы должны показывать силу, действующую на (Б)________, которая в начальной ситуации определяется только уровнем воды в сосуде.
В случае, когда из стакана перекладывают деревянный шарик, он будет плавать на поверхности воды, и действующая на дно сосуда сила будет, по-прежнему, определяться лишь (В)________. А поскольку сила не меняется, то и уровень воды должен остаться прежним.
Иным будет результат в случае, когда шарик стальной. Тяжёлый стальной шарик утонет, то есть опустится на дно сосуда. Поэтому полная сила давления будет складываться из силы давления воды и силы давления шарика. Однако полная сила не должна измениться, значит, должна уменьшиться сила давления воды. А это может произойти только в том случае, если уровень воды (Г)________.
Показать полностью
Список слов и словосочетаний:
- сила тяжести
- дно сосуда
- боковая поверхность сосуда
- уровень воды
- сила давления
- понизится
- повысится
Запишите в поле для ответа последовательность цифр, соответствующих буквам АБВГ.
Это задание решали 5 тыс. раз. С ним справились 28% пользователей.
Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.
Учитель на уроке, используя палочку и два лоскутка одной и той же ткани, последовательно провёл два опыта по электризации. В первом опыте, взяв один из лоскутков ткани, учитель потёр друг о друга этот лоскуток и палочку, после чего ученики могли наблюдать взаимное притяжение между палочкой и куском ткани (рис. 1).
Рис. 1
Это объясняется тем, что в результате трения палочка и кусок ткани (А)________ и приобретают (Б)________ электрические заряды. А взаимодействие таких зарядов заключается в их взаимном (В)________.
Во втором опыте два лоскутка ткани по очереди потёрли о палочку. После этого лоскутки стали взаимно отталкиваться друг от друга (рис. 2).
Рис. 2
Так происходит потому, что оба лоскутка ткани после трения их об одну и ту же палочку, приобрели (Г)________ электрические заряды. Взаимодействие же подобных зарядов одного знака заключается в их взаимном отталкивании.
Список слов и словосочетаний:
- притяжение
- отталкивание
- электризуются
- намагничиваются
- свободные электроны
- противоположные по знаку
- одинаковые по знаку
Запишите в поле для ответа последовательность цифр, соответствующих буквам АБВГ.
Это задание решали 2 тыс. раз. С ним справились 65% пользователей.
Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.
Учитель на уроке, используя две одинаковые лёгкие палочки и кусок шёлковой ткани, последовательно провёл два опыта по электризации.
В первом опыте, взяв одну из палочек, учитель потёр друг о друга шёлковую ткань и эту палочку, после чего ученики могли наблюдать взаимное притяжение между палочкой и куском ткани (рис. 1).
Рис. 1.
Это объясняется тем, что и палочка, и ткань (А)________, причём они приобретают (Б)________ заряды. А, как известно, взаимодействие разноимённых зарядов заключается в их взаимном (В)________.
Во втором опыте после поочерёдного натирания о ткань обе палочки стали взаимно отталкиваться друг от друга (рис. 2).
Рис. 2.
Так происходит потому, что обе палочки после натирания их одним и тем же куском ткани приобрели (Г)________ электрические заряды. Взаимодействие же таких зарядов заключается в их взаимном отталкивании.
Список слов и словосочетаний:
- одинаковые по знаку
- противоположные по знаку
- электризуются через влияние
- электризуются при трении
- отталкивание
- притяжение
- не проводят электрический заряд
Запишите в поле для ответа последовательность цифр, соответствующих буквам АБВГ.
Это задание решали 1 тыс. раз. С ним справились 77% пользователей.
Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.
Для иллюстрации действия законов гидростатики и динамики учитель показал в классе следующий опыт. На левой чашке весов были установлены
стакан с водой и штатив с подвешенным к нему грузом, а на другой — уравновешивающая их гиря (рис. 1). Груз при этом находился целиком над
водой. Затем учитель удлинил нить настолько, что груз оказался в воде, не касаясь стенок и дна стакана. При этом равновесие весов, вопреки
ожиданиям некоторых учеников, не нарушилось.
Почему же так происходит? Ведь при опускании груза в воду натяжение нити уменьшается на величину (А) ________, действующей на груз, а это
значит, что уменьшается и сила давления штатива на левую чашку. Однако, согласно (Б) ________, на эту же величину возрастает сила, действующая
со стороны груза на воду и (В) ________. Таким образом, давление стакана на чашку увеличится. Причём уменьшение силы давления штатива будет
в точности скомпенсировано увеличением (Г) ________ стакана на чашку весов. Вот поэтому равновесие весов не нарушается.
Показать полностью
Список слов и словосочетаний:
- сила тяжести
- второй закон Ньютона
- архимедова сила
- нить
- третий закон Ньютона
- сила давления
- дно сосуда
Запишите в поле для ответа последовательность цифр, соответствующих буквам АБВГ.
Это задание решали 1 тыс. раз. С ним справились 40% пользователей.
Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания)
из приведённого списка.
Для изучения зависимости гидростатического давления жидкости
от высоты столба и рода жидкости, учитель провёл опыты с прибором,
предложенным Паскалем. Прибор представляет собой сосуд, дно которого
имеет фиксированную площадь и затянуто резиновой плёнкой. В прибор
наливается жидкость. Дно сосуда при этом прогибается, и его движение
передаётся стрелке. Отклонение стрелки характеризует силу, с которой
жидкость давит на дно сосуда. Учитель взял несколько таких приборов
с одинаковой площадью дна, затянутого одинаковой резиновой плёнкой.
Сначала в первый сосуд налили воду, высота столба которой была h1.
Стрелка прибора отклонилась на некоторое расстояние (рис.1). Затем,
во втором опыте, воду долили до уровня h2>h1. Стрелка прибора отклонилась
ещё больше (рис. 2). Это свидетельствует о том, что при увеличении
(А)________ давление на дно сосуда увеличивается.
Показать полностью
В следующем, третьем, опыте учитель налил в третий сосуд другую
жидкость (глицерин), высота столба которой также была равна h2. Стрелка
прибора с глицерином отклонилась больше, чем стрелка прибора с водой
во втором опыте (рис.3). Данный опыт показывает, что давление, создаваемое
жидкостью на дно сосуда, зависит также от (Б)________. Чем больше
плотность жидкости, тем (В)________ давление оказывает эта жидкость
на (Г)________. Плотность воды меньше плотности глицерина, поэтому
прибор, в который налита вода, показывает меньшее давление, чем прибор,
в который налит глицерин.
Показать полностью
Список слов и словосочетаний:
- род жидкости
- высота столба жидкости
- площадь дна сосуда
- плотность жидкости
- дно сосуда
- меньшее
- большее
Запишите в поле для ответа последовательность цифр, соответствующих буквам АБВГ.
Это задание решали 1 тыс. раз. С ним справились 58% пользователей.
Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.
Для изучения условий плавания тел провели два эксперимента. В первом эксперименте взяли железную гирю и поместили её в сосуд с водой. Гиря утонула (рис. 1). Это произошло потому, что плотность железа больше плотности воды, поэтому сила тяжести, действующая на гирю, (А)________ выталкивающей силы, действующей на гирю со стороны воды, и гиря будет тонуть в воде, пока не опустится на дно сосуда.
Во втором эксперименте эту же самую гирю поместили в сосуд со ртутью. Гиря всплыла (рис. 2). Плотность железа меньше, чем плотность ртути. Поэтому сила тяжести, действующая на гирю,
(Б)________, выталкивающей силы, действующей на гирю со стороны воды, и гиря будет всплывать, поднимаясь к поверхности ртути. Поднявшись на поверхность, гиря будет плавать так, что часть её будет выступать из ртути. Это объясняется тем, что при равновесии тела, плавающего в жидкости, вес (В)________ жидкости (в данном случае объёма части гири, находящейся под свободным уровнем ртути) должен быть равен (Г)________ гири.
Показать полностью
Список слов и словосочетаний:
- больше
- меньше
- масса
- вес
- вытесненный объём
- общий объём
- плотность
Запишите в поле для ответа последовательность цифр, соответствующих буквам АБВГ.
Это задание решали 1 тыс. раз. С ним справились 52% пользователей.
Прочитайте текст.
Для изучения электрических свойств стержней, изготовленных из разных материалов (рис. 1), провели следующие опыты. Взяли два одинаковых электрометра. Первый зарядили от наэлектризованной палочки, а второй оставили незаряженным (рис. 2).
Когда шары электрометров соединили друг с другом одним из стержней, показания приборов не изменились. Это объясняется тем, что материал этого стрежня является ________(А). Такие материалы ________(Б), поэтому второй электрометр остался незаряженным.
Когда шары электрометров соединили другим стержнем, стрелка незаряженного электрометра практически моментально отклонилась от вертикального положения. Это объясняется тем, что материал данного стержня является ________(В). В таких материалах имеются ________(Г), поэтому второй электрометр заряжается.
Показать полностью
Вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.
Список слов и словосочетаний:
- проводник
- кристалл
- диэлектрик
- электризуются при соприкосновении
- не проводят электрический заряд
- свободные электрические заряды
- связанные электрические заряды
Запишите в поле для ответа последовательность цифр, соответствующих буквам АБВГ.
Это задание решали 9 тыс. раз. С ним справились 60% пользователей.
Источник
Решебник по физике Л.А. Кирик Самостоятельные и контрольные работы
1. а) Два алюминиевых шарика имеют одинаковый объем, но один из них полый, а другой — сплошной. Можно ли, используя знания о выталкивающей силе, определить, какой из них полый, а какой сплошной? Как это сделать?
Полый шар в воде будет весить меньше, чем сплошной, архимедова сила вытолкнет. Сплошной шар в воде утонет.
б) Льдина объемом 15 дм3 плавает на поверхности озера. Определите объем надводной и подводной частей этой льдины.
2. а) В сосуде с водой плавает кусок льда. Изменится ли уровень воды в сосуде, если лед растает?
б) Когда подвешенный к динамометру сплошной груз опускают в воду, динамометр показывает 34 Н, а когда груз опускают в керосин, показание динамометра — 38 Н. Каковы масса и плотность груза?
3. а) Почему подводным лодкам запрещается ложиться на дно, если оно песчаное или илистое?
Если ляжет на дно, то водяной прослойки не будет, и закон Архимеда перестанет действовать.
б) Шарик плавает в керосине так, как показано на рисунке. Определите плотность шарика.
Плотность керосина 800 кг/м3, т.к. шарик погружен наполовину то плотность шарика = 800/2 =400 кг/м3
4. а) В сосуде с водой плавает кусок льда с вмерзшим в него стальным шариком. Изменится ли уровень воды в сосуде, когда лед растает?
Так как кусок льда со стальным шариком имеет массу, большую, чем кусок чистого льда того же объема, то он глубже погружен в воду, чем чистый кусок льда, и вытесняет больший объем воды, чем тот, который займет вода, образовавшаяся при таянии льда. Поэтому, когда лед растает, уровень воды понизится (стальной шарик при этом упадет на дно, но его объем остается прежним, и он непосредственно уровня воды не изменяет).
б) Плотность жидкости в 4 раза больше плотности материала тела. Какая часть объема тела будет выступать над поверхностью, если тело поместить в жидкость?
5. а) Сплошные шары — алюминиевый и стальной — уравновешены на рычаге. Нарушится ли равновесие, если оба шара погрузить в воду? Рассмотрите случаи:
1) когда шары имеют одинаковую массу;
2) когда шары имеют одинаковый объем.
б) Кусок парафина в форме параллелепипеда толщиной 5 см плавает в воде. На сколько он выступает над водой?
6. а) В сосуде с водой плавает кусок льда, в котором находится пузырек воздуха. Изменится ли уровень воды в сосуде, когда лед растает?
При наличии пузырьков воздуха лед имеет массу, меньшую, чем сплошной кусок льда того же объема, и, следовательно, погружен на меньшую глубину, чем сплошной кусок льда того же объема. Однако поскольку массой воздуха можно пренебречь (по сравнению с массой, льда), то кусок льда по-прежнему вытесняет воду, масса которой равна массе льда, и когда лед растает, уровень жидкости не изменится (когда лед растает, пузырьки подымутся кверху и уйдут из воды).
б) Какую долю объема стеклянного шарика должна занимать внутренняя полость, чтобы шарик плавал в воде?
7. а) Стакан плавает в сосуде с водой. Изменится ли уровень воды в сосуде, если, наклонив стакан, зачерпнуть им из сосуда немного воды и пустить стакан снова плавать?
Вес плавающего стакана увеличится на вес изъятой из сосуда воды. Поэтому стакан будет погружен в воду немного глубже, так что уровень воды в сосуде не изменится.
(Вес плавающего стакана увеличится на вес изъятой из сосуда воды. Поэтому стакан вытеснит дополнительно объем воды того же веса, т. е. тот же самый объем, который занимала зачерпнутая вода. Уровень воды в сосуде не изменится.)
б) Сколько сосновых бревен потребуется для изготовления плота грузоподъемностью 600 кг? Длина каждого бревна равна 5 м, а площадь поперечного сечения 2 дм2.
8. а) В сосуде с водой плавает кусок льда, к которому примерзла пробка. Изменится ли уровень воды в сосуде, когда лед растает?
Уровень воды после таяния льда не изменится. Суммарный вес воды, льда и пробки будет равен суммарному весу воды и пробки после того, как лед растает. Давление на дно сосуда не изменится, а значит, не изменится и высота уровня воды в сосуде.
б) Некоторое тело, изготовленное в форме цилиндра, плавает в воде так, как показано на рисунке. Определите плотность этого тела.
Источник