Какую силу нужно приложить к пластмассовому кубику со стороной a = 10 см, чтобы объем подводной части уменьшился

Тема: Сила Архимеда и уменьшение объема подводного объекта

Объяснение:
Чтобы найти силу, которую нужно приложить к пластмассовому кубику, чтобы объем его подводной части уменьшился на 40 %, мы можем использовать принцип Архимеда и формулу плавучести.

Сила Архимеда - это сила, которая действует на тело, погруженное в жидкость или газ, и равна весу вытесненной им вещества. Формула силы Архимеда выглядит следующим образом:

F_A = p * V * g,

где F_A - сила Архимеда,
p - плотность вещества,
V - объем вытесненной жидкости или газа,
g - ускорение свободного падения (около 9,8 м/с² на поверхности Земли).

Объем вытесненной жидкости равен объему подводной части кубика. Так как мы хотим уменьшить этот объем на 40 %, мы должны умножить начальный объем на 0,6 (1 - 0,4).

Объем начального кубика: V_нач = a³ = (10 см)³ = 1000 см³.

Объем подводной части после уменьшения: V_кон = V_нач * 0,6 = 1000 см³ * 0,6 = 600 см³.

Теперь мы можем использовать закон Архимеда, чтобы найти силу, которую нужно приложить. Мы знаем плотность пластмассы и плотность воды, поэтому можем записать:

F_A = (p2 - p1) * V_кон * g,

где p1 - плотность пластмассы, p2 - плотность воды.

Подставим значения и произведем расчет:

F_A = (1 г/см³ - 0,8 г/см³) * 600 см³ * 9,8 м/с² = 0,2 г/см³ * 600 см³ * 9,8 м/с².

Мы получаем ответ в г/см² * см³ * м/с². Можем также перевести его в Ньютоны (Н): 1 Н = 1000 г * м/с², поэтому:

1 г/см² * см³ * м/с² = (1 * 10^-3) кг/(10^-4 м²) * (10^-4 м³) * м/с² = 0,1 Н.

Таким образом, чтобы уменьшить объем подводной части кубика на 40 %, необходимо приложить силу равной 0,1 Н.

Пример использования:
Ученику нужно уменьшить объем подводной части пластмассового кубика со стороной 10 см на 40 %. Какую силу нужно приложить?

Совет:
Для лучшего понимания принципа Архимеда, рекомендуется проводить дополнительные эксперименты с погружением разных объектов в воду и измерением силы Архимеда, которая действует на них.

Практика:
Возьмите гранитный кубик со стороной 5 см и плотностью 2,7 г/см³. Какую силу Архимеда будет ощущать этот кубик, когда он полностью погрузится в воду? (Плотность воды 1 г/см³)