A4B7E8 — Давление твёрдого тела. Формула для вычисления давления твёрдого тела. Давление газа. Атмосферное давление. Гидростатическое давление внутри жидкости. Формула для вычисления давления внутри жидкости:: ответ и решение

Общее условие

Гидростатический парадокс

Жидкость может действовать на дно сосуда с силой, превосходящей её собственный вес. Если налить в сосуды, имеющие разную форму,
но одинаковую площадь дна, одну и ту же жидкость до одного уровня (рисунок 1), то при разном количестве налитой жидкости сила давления на дно окажется одинаковой.

Рисунок из условия ФИПИ

Рисунок 1

На рисунке 2 представлена схема прибора голландского математика
и механика Симона Стевина (1548–1620), с помощью которого учёный экспериментально доказал, что давление жидкости на дно сосуда не зависит от формы сосуда.

Рисунок 2

В дне каждого из двух сосудов одинаковой высоты были проделаны одинаковые круглые отверстия с диаметром AD. Отверстия закрывались сверху одинаковыми тонкими деревянными кругами K, и в сосуды наливалась вода. Опыт показывал, что деревянные круги прижимали ко дну сосуда некоторые силы, сравнить которые можно было с помощью противовесов T и S. Измерения показали, что T = S, т.е. силы давления воды на круг были одинаковы в обоих сосудах.

Задание №1. Дайте развернутый ответ.

Учащиеся решили исследовать зависимость силы давления воды на дно сосуда от высоты столба жидкости. Для этого они взяли стеклянную банку, на дно которой положили алюминиевый диск. К диску на нити был прикреплён динамометр, с помощью которого измеряли силу отрыва диска от дна банки. Далее в банку наливали воду, последовательно повышая уровень. Удалось ли учащимся провести запланированные исследования? Ответ поясните.

Решение задания OGEPHYSA4B7E8

Ответ: Нет, предложенный опыт не измеряет искомую силу давления.

Надёжно провести запланированное исследование таким способом не удалось. Алюминиевый диск просто положен на целое дно банки и не закрывает специальное отверстие герметично. Вода может проникать под диск, поэтому динамометр измеряет не силу давления только на его верхнюю поверхность.
Работаем в системе Земли, Oy направим вверх. На погружённый диск действуют mg вниз, натяжение нити T вверх, результирующая сил воды F_А вверх, а до отрыва ещё и реакция дна N вверх. Равновесие:
T + F_А + N − mg = 0.
В момент плавного отрыва N обращается в нуль. Если вода свободно попадает под полностью погружённый диск:
T = mg − F_А;
F_А = ρ_в · gV.
При постоянных m, V и плотности воды эта величина не зависит от глубины. Увеличение уровня увеличивает давление и сверху, и снизу; основная общая добавка взаимно компенсируется.
Проверка: для исследования давления нужен герметичный чувствительный элемент, на противоположной стороне которого давление известно, как в приборе с отверстием. При случайном плотном прилегании диска результат зависел бы ещё от герметичности и прилипания, не заданных условием. Измерять такую силу отрыва как однозначную силу давления воды на дно нельзя.

Давление твёрдого тела. Формула для вычисления давления твёрдого тела. Давление газа. Атмосферное давление. Гидростатическое давление внутри жидкости. Формула для вычисления давления внутри жидкости:: схема решения задания OGEPHYSA4B7E8 — Обозначения: Исходный рисунок ФИПИ и пояснения к решению.

Помочь улучшить сайт

Напишите пожелание к сайту или решению либо сообщите о найденной неточности в задании OGEPHYSA4B7E8.

Сообщение увидит только команда сайта: на странице оно не публикуется.

КЭС:	1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Тип ответа:	Развернутый ответ

Общее условие

Решение задания OGEPHYSA4B7E8

Помочь улучшить сайт

Комментарии к решению