Здравствуйте, dar777!
Дано: [$961$]
0=1,2*10
3 кг/м
3 -- плотность жидкости, в которой находятся поплавок и подвешенный к нему на нити груз; [$961$]
1=0,5*10
3 кг/м
3 -- плотность поплавка; [$961$]
2=2,7*10
3 кг/м
3 -- плотность груза; m
2=27*10
-3 кг -- масса груза; поплавок с грузом находятся в состоянии безразличного равновесия, когда поплавок полностью погружен в жидкость.
Определить: m
1 -- массу поплавка.
Решение
Рисунок к задаче находится в прикреплённом файле. Я заимствовал его
здесь.
На поплавок действуют сила тяжести m
1g, направленная вниз (g[$8776$]9,81 м/с
2 -- ускорение свободного падения [1, с. 14]);
F[sub]1[/sub] -- выталкивающая сила, направленная вверх [1, с. 102];
T[sub]1[/sub] -- сила натяжения нити, направленная вниз [2, с. 76]. На груз действуют сила тяжести m
2g, направленная вниз;
F[sub]2[/sub] -- выталкивающая сила, направленная вверх;
T[sub]1[/sub] -- сила натяжения нити, направленная вверх. Составим в проекциях на ось x уравнения, выражающие условия равновесия поплавка и груза (равенство нулю равнодействующей сил, действующих на тело [1, с. 83]).
m1g+T1-F1=0; (1)
m2g-T2-F2=0. (2)
Обозначим через V
1, V
2 соответственно объёмы поплавка и груза. При этом V
1=m
1/[$961$]
1, V
2=m
2/[$961$]
2. Поскольку выталкивающая сила равна силе тяжести жидкости, вытесненной телом [2, с. 97], постольку F
1=[$961$]
0V
1g=[$961$]
0m
1g/[$961$]
1, F
2=[$961$]
0V
2g=[$961$]
0m
2g/[$961$]
2. Если нить невесома, то T
1=T
2=T. С учётом этого из уравнений (1), (2) получим
m1g+T-[$961$]0m1g/[$961$]1=0; (3)
m2g-T-[$961$]0m2g/[$961$]2=0. (4)
Из уравнений (3), (4) находим T=-m
1g+[$961$]
0m
1g/[$961$]
1, T=m
2g-[$961$]
0m
2g/[$961$]
2,
-m1g+[$961$]0m1g/[$961$]1=m2g-[$961$]0m2g/[$961$]2,
m1g([$961$]0/[$961$]1-1)=m2g(1-[$961$]0/[$961$]2),
m1([$961$]0/[$961$]1-1)=m2(1-[$961$]0/[$961$]2),
(m1/[$961$]1)([$961$]0-[$961$]1)=(m2/[$961$]2)([$961$]2-[$961$]0),
m1=m2[$961$]1([$961$]2-[$961$]0)/([$961$]2([$961$]0-[$961$]1)). (5)
Подставляя в формулу (5) значения величин, получим
m1=27*10-3*0,5*103*(2,7-1,2)*103/(2,7*103*(1,2-0,5)*103)[$8776$]10,7*10-3 (кг)=10,7 г.
Ответ: 10,7 г.
Литература
1. Аксенович Л. А., Ракина Н. Н., Фарино К. С. Физика в средней школе. -- Минск: Адукацыя i выхаванне, 2004. -- 720 с.
2. Яворский Б. М., Селезнёв Ю. А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. -- М.: Наука, 1989. -- 576 с.