Фізика - це наука, яка вивчає закони та явища природи, включаючи механіку, електрику, магнетизм та інші фізичні процеси. У шкільній програмі Фізика починає вивчатися в 7 класі, і однією з важливих тим є вивчення плавучості тіл в рідині, такий як вода.
Масу тіла, що знаходиться у воді, можна знайти за допомогою спеціальної формули. Ця формула заснована на відомому факті, що вода надає на тіло підтримуючу силу, рівну вазі витісненої нею рідини. Таким чином, маса тіла у воді буде дорівнює різниці між його звичайною масою і масою витісненої рідини.
Для розрахунку маси тіла у воді ми будемо використовувати наступну формулу:
Давайте розглянемо приклад. Припустимо, у нас є тіло масою 500 грам і воно повністю занурене у воду. Щільність води становить близько 1000 кг/м 3 . За допомогою наведеної вище формули ми можемо знайти масу цього тіла у воді:
Як знайти масу тіла у воді: формули та приклади
Коли предмет занурюється в воду, він надає на неї силу ваги. Ця сила визначається масою предмета і прискоренням вільного падіння. Знаючи ці параметри, можна обчислити масу тіла у воді. Є кілька формул, які допоможуть вам це зробити:
1. Формула Архімеда:
де Mвода - маса води, переміщеної тілом під час занурення, Mпредмет - маса предмета, g-прискорення вільного падіння (близько 9,8 м/с2).
2. Формула плавучості:
де Mвода - маса води, переміщеної тілом під час занурення, Mпредмет - маса предмета, ρтіло - щільність тіла, ρвода - щільність води (зазвичай приймається рівною 1000 кг/м3).
Ось приклад, щоб вам було легше зрозуміти:
Предмет з масою 2 кг занурюється у воду. Яка маса води буде переміщена?
Використовуємо формулу плавучості:
Mвода = 2 кг *(2000 кг / м3 / 1000 кг/м3)
Таким чином, маса води, переміщеної предметом, становить 4 кг.
Водне середовище: особливості та принципи
Однією з ключових особливостей води є її щільність, яка залежить від її температури і сольового вмісту. Найбільша щільність води досягається при температурі 4 градуси Цельсія, що пояснює чому лід плаває на поверхні води. Крім того, вода має високу теплоємність, що означає, що вона може поглинати і віддавати велику кількість тепла без значних змін у своїй температурі.
Вода також має високий коефіцієнт в'язкості, що означає, що вона протистоїть руху. Це явище спостерігається, коли пропливають пальці через воду або коли рухається тіло води чинить опір. Коефіцієнт в'язкості води змінюється з її температурою, в'язка вода більш щільна і опірна руху.
Коли тіло занурюється у водне середовище, воно виявляється під впливом двох основних сил - архімедової сили і сили тяжіння. Архімедова сила діє в напрямку, протилежному силі тяжіння, і залежить від об'єму тіла, щільності речовини і щільності води. Використовуючи принцип архімедової сили, можна визначити масу зануреного тіла у воді.
Водне середовище має величезне значення в природі і людського життя. Вона грає роль предмета вивчення у фізиці та інших науках, а також забезпечує життєдіяльність багатьох організмів. Розуміння особливостей і принципів водного середовища допомагає нам краще розібратися в її поведінці і використовувати її в нашу користь.
Формула Архімеда і її застосування в розрахунках
Формула Архімеда записується наступним чином:
де FА - сила Архімеда, ρже - щільність рідини, в якій знаходиться тіло, V - об'єм тіла, g - прискорення вільного падіння.
Формула Архімеда дозволяє розрахувати величину сили, з якою рідина діє на занурене тіло. Ця сила завжди спрямована вгору і дорівнює вазі витісненої тілом рідини.
Формула Архімеда має широке застосування в розрахунках, пов'язаних з плаванням і взаємодією тіл з рідиною. Вона дозволяє визначити масу зануреного тіла, знаючи його обсяг і щільність рідини. Також формула Архімеда корисна для розрахунку плавучості різних конструкцій і суден, а також для визначення обсягу витісненої рідини при зануренні тіла.
Для прикладу розглянемо задачу:
Тіло має об'єм 2 літри і щільність 800 кг/м3. Знайдіть масу цього тіла у воді.
| Даний | Формула | Рішення |
|---|---|---|
| Об'єм тіла: 2 л = 0,002 м3 | ||
| Щільність води: 1000 кг / м3 | ||
| Прискорення вільного падіння: 9,8 м / с2 |
Масу тіла можна знайти за допомогою формули:
М = ρ * V,
де М-Маса тіла, ρ-щільність тіла, V-об'єм тіла.
Підставляючи відомі значення в формулу, отримуємо:
М = 800 кг / м3 • 0,002 м3 = 1,6 кг.
Таким чином, маса тіла у воді становить 1,6 кг.
Приклади обчислення маси тіла у воді
Приклад 1:
Відомо, що маса тіла у вакуумі становить 2 кг.визначити масу тіла у воді, якщо відомо, що щільність води дорівнює 1000 кг/м3.
Для вирішення завдання нам знадобиться використовувати формулу щільності:
ρ = m / V
Ми знаємо масу тіла у вакуумі, тому нам потрібно знайти його об'єм. Об'єм тіла можна визначити, помістивши його в рідину і вимірявши об'єм рідини, який вона займає.
Так як тіло знаходиться у воді, то обсяг, який воно займе в воді, буде дорівнює обсягу витісненої рідини.
Використовуємо другу формулу Архімеда:
Fупл = рж * g * Vтела
Fупл-підтримуюча сила Архімеда,
рж-щільність рідини,
g-прискорення вільного падіння,
Vтела-обсяг тіла.
З формули Архімеда випливає, що підтримуюча сила дорівнює вазі витісненої рідини. Тобто, вага витісненої рідини дорівнює силі Архімеда (Fупл).
З урахуванням цього факту можемо записати рівність:
Fупл = m * g = рж * g * Vтела
Помічаємо, що прискорення вільного падіння (g) і щільність рідини (рж) однакові для тіла і витісненої рідини. Тому скоротимо їх:
m = Vтела * рж
m = 2 кг * 1000 кг/м3 = 2000 кг·м3
Таким чином, маса тіла у воді буде дорівнює 2000 кг·м3.
Приклад 2:
Відомо, що маса тіла у вакуумі становить 500 г.визначити масу тіла у воді, якщо відомо, що щільність води дорівнює 1000 кг/м3.
Для вирішення завдання знову скористаємося формулою щільності:
ρ = m / V
Масу тіла в вакуумі вже маємо, потрібно знайти його обсяг. Так як тіло знаходиться у воді, обсяг, який воно займе, буде дорівнює обсягу витісненої рідини.
Використовуємо другу формулу Архімеда:
Fупл = рж * g * Vтела
З формули Архімеда випливає, що підтримуюча сила дорівнює вазі витісненої рідини, а значить, вага витісненої рідини дорівнює силі Архімеда (Fупл).
Fупл = m * g = рж * g * Vтела
Помічаємо, що прискорення вільного падіння (g) і щільність рідини (рж) однакові для тіла і витісненої рідини. Їх можна скоротити:
m = Vтела * рж
m = 500 г * 1000 кг/м3 = 500 000 г·м3
Таким чином, маса тіла у воді буде дорівнює 500 000 г·м3.