Задание OGEPHYS207D36: Всемирное тяготение. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Ускорение свободного падения. Формула для вычисления силы тяжести вблизи поверхности Земли. Движение планет вокруг Солнца. Первая космическая скорость. Невесомость и перегрузки

Опыт демонстрирует невесомость: в свободном падении вода перестаёт давить на пакет своим весом. Сила тяжести при этом продолжает действовать.

Сначала рассмотрим пакет, который удерживают в покое. В системе Земли направим ось Oy вниз. Для выделенного вертикального столба воды высотой h и площадью S тяжесть ρShg направлена вниз, а результирующая сила давления соседней воды — вверх. Равновесие даёт:
ρShg − ΔpS = 0;
Δp = ρgh.
Избыточное давление на глубине отверстия и вызывает вытекание воды наружу.

Во время свободного падения и пакет, и вода получают ускорение a = g. Сопротивлением воздуха и сжатием пакета пренебрегаем. Для того же столба воды в системе Земли:
ρShg − ΔpS = ρSha.
Следовательно,
Δp = ρh(g − a).
При a = g получаем Δp = 0: исчезает гидростатическая прибавка давления, которая выталкивала воду через отверстие. В описанной идеализации вода и пакет движутся совместно.

Проверка. При удержании a = 0 возвращается формула Δp = ρgh; при свободном падении она даёт нуль. Причина прекращения струи — отсутствие веса воды, а не сопротивление воздуха или исчезновение притяжения Земли. Верный вариант — 2.