РУҚА
22

Решение: Плотность деревянного шара

ЕГЭ · Физика · Задание 22 · Динамика и гравитация
ПовышеннаяФИПИDB692AРазвёрнутое решение≈ 8 минутРазбор в 6 шагов
Условие

Однородный деревянный шар массой $m = 1{,}6\ \text{кг}$ лежит в сосуде с водой, касаясь дна и не касаясь стенок сосуда, так, что половина шара находится в воде. Определите плотность дерева, если шар давит на дно сосуда с силой $F = 6\ \text{Н}$. Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на шар.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

6 шагов
1

На шар действуют сила тяжести $mg$, направленная вниз, сила реакции дна $F$, направленная вверх, и выталкивающая сила Архимеда $F_A$, направленная вверх. Так как шар находится в равновесии, сумма сил равна нулю.

$$mg = F + F_A$$
2

По условию сила давления шара на дно равна $F = 6\ \text{Н}$, поэтому сила реакции дна имеет такую же величину. Принимаем $g = 10\ \text{Н/кг}$.

$$mg = 1{,}6 \cdot 10 = 16\ \text{Н}$$
3

Найдём выталкивающую силу.

$$F_A = mg - F = 16 - 6 = 10\ \text{Н}$$
4

В воде находится половина объёма шара, поэтому объём вытесненной воды равен $V/2$. Используем закон Архимеда, где $\rho_\text{в} = 1000\ \text{кг/м}^3$.

$$F_A = \rho_\text{в}g\frac{V}{2}$$
5

Определим объём шара.

$$V = \frac{2F_A}{\rho_\text{в}g} = \frac{2 \cdot 10}{1000 \cdot 10} = 2 \cdot 10^{-3}\ \text{м}^3$$

Плотность дерева равна отношению массы шара к его объёму.

$$\rho_\text{д} = \frac{m}{V} = \frac{1{,}6}{2 \cdot 10^{-3}} = 800\ \text{кг/м}^3$$
Ответ

Плотность дерева равна $800\ \text{кг/м}^3$. На рисунке следует показать силы $mg$ вниз, $F_A$ и реакцию дна $F$ вверх.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Учитывают объём всего шара вместо погружённой половины.

Направляют силу давления со стороны дна вниз.

Не учитывают силу реакции дна или принимают её равной нулю.

Используют силу давления на дно как силу, действующую на шар, без изменения направления.

Закрепить приёмВ теме «Динамика и гравитация» ещё 238 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 22 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 6 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Динамика и гравитация»: в ней 239 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.