Решение: Зависимость силы Архимеда
Школьник изучает силу Архимеда, действующую на тела, полностью погружённые в жидкость. В его распоряжении имеются пять установок, состоящих из ёмкостей с различными жидкостями и сплошных шариков различного объёма, сделанных из разного материала. Какие две установки необходимо использовать ученику для того, чтобы на опыте обнаружить зависимость силы Архимеда от объёма тела?
| № установки | Жидкость, налитая в ёмкость | Объём шарика | Материал, из которого сделан шарик |
|---|---|---|---|
| 1 | керосин | $30\ \mathrm{см^3}$ | сталь |
| 2 | вода | $20\ \mathrm{см^3}$ | дерево |
| 3 | керосин | $20\ \mathrm{см^3}$ | дерево |
| 4 | подсолнечное масло | $30\ \mathrm{см^3}$ | сталь |
| 5 | вода | $30\ \mathrm{см^3}$ | дерево |
Решение по шагам
3 шагаСила Архимеда для полностью погружённого тела определяется плотностью жидкости и объёмом тела: $F_A = \rho g V$. Чтобы исследовать зависимость силы от объёма, плотность жидкости и остальные условия нужно оставить неизменными.
$$F_A = \rho g V$$В установках 2 и 5 используется одна и та же жидкость — вода, а шарики сделаны из одного материала — дерева. При этом их объёмы различны: $20\ \mathrm{см^3}$ и $30\ \mathrm{см^3}$.
Следовательно, для опыта необходимо выбрать установки 2 и 5.
Где здесь ошибаются
Выбирают установки с одинаковым объёмом, хотя для исследования зависимости объём должен изменяться.
Не учитывают, что жидкость должна быть одной и той же.
Выбирают установки 2 и 3, где объёмы и материал одинаковы, но различаются жидкости.