Задание 22 ЕГЭ по физике · 328102
Сила натяжения нити
Деревянный шар привязан нитью ко дну цилиндрического сосуда с площадью дна S=100 см2. В сосуд наливают воду так, что шар полностью погружается в жидкость, при этом нить натягивается и действует на шар с силой T. Если нить перерезать, то шар всплывёт, а уровень воды изменится на h=5 см. Найдите силу натяжения нити T.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
Пусть V — объём шара, а V2 — объём части шара, погружённой в воду после всплытия. При перерезании нити уровень воды понижается на h, поэтому разность объёмов вытесненной воды равна объёму, на который уменьшилась погружённая часть шара:
ΔV=V−V2=Sh
В состоянии, когда шар привязан ко дну и полностью погружён, на него действуют сила Архимеда вверх, а также сила тяжести и сила натяжения нити вниз. Условие равновесия имеет вид:
FA1=mg+T
После перерезания нити шар плавает, поэтому сила Архимеда уравновешивает силу тяжести:
FA2=mg
Вычитая второе равенство из первого, получаем силу натяжения через изменение силы Архимеда:
T=FA1−FA2=ρg(V−V2)=ρgSh
Переведём величины в единицы СИ: S=100 см2=0,01 м2, h=5 см=0,05 м. Для воды ρ=1000 кг/м3.
T=1000⋅10⋅0,01⋅0,05=5 Н
ΔV=V−V2=Sh
В состоянии, когда шар привязан ко дну и полностью погружён, на него действуют сила Архимеда вверх, а также сила тяжести и сила натяжения нити вниз. Условие равновесия имеет вид:
FA1=mg+T
После перерезания нити шар плавает, поэтому сила Архимеда уравновешивает силу тяжести:
FA2=mg
Вычитая второе равенство из первого, получаем силу натяжения через изменение силы Архимеда:
T=FA1−FA2=ρg(V−V2)=ρgSh
Переведём величины в единицы СИ: S=100 см2=0,01 м2, h=5 см=0,05 м. Для воды ρ=1000 кг/м3.
T=1000⋅10⋅0,01⋅0,05=5 Н
Пример ответа
T = 5 Н
Источник: Открытый банк ФИПИ 328102
Похожие задания
22Тело движется прямолинейно с постоянным ускорением из состояния покоя. На некотором участке пути за 2 с…Время до участка движения · 08300622Фототок с литиевого фотокатода, освещаемого монохроматическим излучением с длиной волны l0, прекращается при…Определение длины волны фотокатода · 0B795422Груз массой m = 2,0 кг и объёмом V = 10^( – 3) м^(3), подвешенный на тонкой нити, целиком погружён в жидкость…Плотность жидкости по силе Архимеда · 16C3B922Автомобиль массой 1700 кг двигался по дороге. Его положение на дороге изменялось согласно графику зависимости…Максимальная кинетическая энергия автомобиля · 17257D22Однородный цилиндр объёмом 4·10^(–4) м^(3) подвешен на нити и наполовину погружён в воду. Какова плотность…Плотность цилиндра в воде · 1F1FD622Нить, удерживающая лёгкую пружину в сжатом состоянии, внезапно оборвалась (см. рисунок). На сколько…Расчётная задача: механика · 24CD61
Нужен репетитор по физике?
Посмотрите репетиторов, которые ведут занятия в Precettore, или оставьте заявку — подберём сами.
Готовьтесь к ЕГЭ по физике в Precettore
Варианты с автопроверкой, домашние задания от репетитора, онлайн-доска и разбор ошибок — в одном кабинете. Регистрация бесплатная.