[рис.] В сосуде (см. рис.) находится система тел, состоящая из идеального блока и перекинутой через него невесомой и нерастяжимой нити, к концам которой привязаны тело объемом $V = 100 см ^3$ и пружина жесткостью $k = 100 Н/м$ Нижний конец пружины прикреплен ко дну сосуда. На какую величину изменится сила натяжения нити, действующая на пружину, если эту систему целиком погрузить в жидкость плотностью $\rho=900 кг/м ^3 ?$
💡 Пошаговый разбор и решение:
[рис.] Изобразим все силы, действующие на тела. На тело действуют сила тяжести $m \vecg$ где m — масса тела, и сила натяжения нити $\vecT$ на блок действуют силы натяжения нити, которые в силу ее нерастяжимости, равны по модулю и равны T. Силы взаимодействия пружины по третьему закону Ньютона равны, то есть $T=F_упр$
При этом тело находится в покое, поэтому = действующая сил равна нулю, откуда $T=mg$ По закону Гука сила упругости $F_упр = kx_1$ где x1 — деформация пружины в первом случае.
При полном погружении системы в жидкость, на тело будет действовать еще одна сила – сила Архимеда, направленная вертикально вверх и равная $F_A=\rho gV$ Во втором случае брусок будет находиться в = весии, если
$F_A + T_2 - mg = 0$
При этом сила натяжения нити по третьему закону Ньютона будет равна $T_2 = F_упр2$ где по закону Гука $F_упр2 = k x_2$ где x2 — деформация пружины во втором случае.
Объединяя формулы, найдем деформацию пружины при погружении в жидкость:
$x_2= \frac{mg - \rho gV}{k}$
Тогда изменение деформации пружины =
$\Delta x=x_1 - x_2= $\frac{mg}{k}$ - $\frac{mg - \rho gV}{k}$ = \frac{\rho gV}{k}$
Откуда изменение силы натяжения нити = :
$\Delta T=k\Delta x=\rho gV=900 \cdot 10 \cdot 10 в степени ( - 4 ) =0,9Н$
Ответ: 0,9 Н.
При этом тело находится в покое, поэтому = действующая сил равна нулю, откуда $T=mg$ По закону Гука сила упругости $F_упр = kx_1$ где x1 — деформация пружины в первом случае.
При полном погружении системы в жидкость, на тело будет действовать еще одна сила – сила Архимеда, направленная вертикально вверх и равная $F_A=\rho gV$ Во втором случае брусок будет находиться в = весии, если
$F_A + T_2 - mg = 0$
При этом сила натяжения нити по третьему закону Ньютона будет равна $T_2 = F_упр2$ где по закону Гука $F_упр2 = k x_2$ где x2 — деформация пружины во втором случае.
Объединяя формулы, найдем деформацию пружины при погружении в жидкость:
$x_2= \frac{mg - \rho gV}{k}$
Тогда изменение деформации пружины =
$\Delta x=x_1 - x_2= $\frac{mg}{k}$ - $\frac{mg - \rho gV}{k}$ = \frac{\rho gV}{k}$
Откуда изменение силы натяжения нити = :
$\Delta T=k\Delta x=\rho gV=900 \cdot 10 \cdot 10 в степени ( - 4 ) =0,9Н$
Ответ: 0,9 Н.
Правильный ответ:
0,9 Н
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 105820 • Задание №12
Конденсаторы заполнены разными диэлектриками.
[рис.]
Какую пару конденсаторов нужно выбрать, чтобы на опыте ...
ID 105914 • Задание №13
Какому из предметов 1–4 соответствует изображение AB в тонкой собирающей линзе с фокусным расстоянием F?
[рис....
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Приведено полное решение, включающее следующие элементы:
I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом;
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов);
III) представлены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины | 2
Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены преобразования, направленные на решение задачи, но имеется один или несколько из следующих недостатков.
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.
И (ИЛИ)
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины) | 1
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1 или 2 балла | 0
Максимальный балл | 2
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Приведено полное решение, включающее следующие элементы:
I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом;
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов);
III) представлены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины | 2
Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены преобразования, направленные на решение задачи, но имеется один или несколько из следующих недостатков.
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.
И (ИЛИ)
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины) | 1
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1 или 2 балла | 0
Максимальный балл | 2
🔗 Другие задания линии №22 по предмету Физика:
ID 107666
Подвешенный на нити грузик совершает гармонические колебания. В таблице представлены координаты...
ID 107667
Средняя плотность планеты Плюк равна средней плотности Земли, а радиус Плюка в два раза больше ...
ID 107668
[рис.] Доска массой 0,8 кг шарнирно подвешена к потолку на легком стержне. На доску со скорость...
ID 107669
[рис.] По гладкой горизонтальной плоскости по осям x и y движутся две шайбы с импульсами, равны...
ID 107670
Шайбе массой 100 г, находящейся на наклонной плоскости, сообщили скорость 4 м/с, направленную ...