Решение: Исследование выталкивающей силы
Ученик провёл эксперимент по изучению выталкивающей силы, действующей на тело, полностью погружённое в жидкость. Для эксперимента он использовал различные жидкости и сплошные цилиндры разных объёмов, изготовленные из разных материалов. Результаты измерений объёма цилиндров $V$ и выталкивающей силы $F_{\text{Арх}}$ с указанием погрешности представлены в таблице.
| № опыта | Жидкость | Материал цилиндра | $V$, см^3$ | $F_{\text{Арх}}$, Н |
|---|---|---|---|---|
| 1 | вода | алюминий | 40 | 0,4 ± 0,1 |
| 2 | масло | алюминий | 90 | 0,8 ± 0,1 |
| 3 | вода | сталь | 40 | 0,4 ± 0,1 |
| 4 | вода | сталь | 80 | 0,8 ± 0,1 |
Решение по шагам
4 шагаДля полностью погружённого тела применяем закон Архимеда:
$$F_{\text{Арх}} = \rho_{\text{ж}} g V$$Сравним опыты 1 и 3: жидкость и объём цилиндров одинаковы, а материалы различны. Выталкивающая сила в обоих случаях равна $0,4\ \text{Н}$, поэтому она не зависит от материала цилиндра.
Сравним опыты 3 и 4: жидкость и материал одинаковы, а объём увеличивается с $40$ до $80\ \text{см}^3$. Сила увеличивается с $0,4$ до $0,8\ \text{Н}$, следовательно, выталкивающая сила увеличивается при увеличении объёма тела.
Следовательно, верны утверждения 1 и 3.
Где здесь ошибаются
Считать, что выталкивающая сила зависит от материала тела, а не от плотности жидкости.
Не учитывать, что при увеличении объёма погружённой части тела увеличивается выталкивающая сила.
Выбрать утверждение 5, не сравнив результаты опытов при одинаковом объёме.