Question

Поплавок, имеющий объем у 10 см" всплывая с глубины h = 1 м. разгоняется до скорости у = 1 м/с. Определите работы сил, действующих на поплавок Плотность поплавка р = 0, 2г/см3

Answer 1

Ответ:

Пошаговое объяснение:

На мяч в воде действует сила тяжести и Архимедова. По второму закону Ньютона  ma=F-mg, где архимедова сила определяется по формуле:  F=ρgV.

Отсюда ускорение мяча в воде: a=F/m-g,   a=ρgV/m-g.  Сопротивление воды не учитываем. Из формулы пути в воде найдём скорость мяча на поверхности воды:

h=v^2/2a=v^2/(2(ρgV/m-g)). v^2=2h( ρgV/m-g).

Из закона сохранения энергии мяча над водой найдём высоту:

mgs=〖mv〗^2/2, s=v^2/2g=(2h(ρgV/m-g))/2g=(h(ρgV/m-g))/g=(1((1000∙10∙10∙〖10〗^(-6))/0,01-10))/10=0

(Это полное решение задачи. Но вообще по условию получается, что сила тяжести равна силе Архимеда, поэтому мяч с такими данными  будет плавать в воде.  Чтобы мяч выпрыгнул из воды надо взять больше объём или меньше массу. )

Answer 2

Для определения работы сил, действующих на поплавок, сначала определим силы, действующие на него при его поднятии из воды и разгоне до скорости 1 м/с.

1. Вес поплавка (сила тяжести): Сначала определим массу поплавка. Для этого используем формулу:

Масса = объем × плотность

Объем поплавка: V = 10 см³ = 10/1000 = 0.01 литра Плотность поплавка: ρ = 0.2 г/см³ = 0.2 г/мл = 0.2 кг/литр = 200 кг/м³

Масса поплавка: m = V × ρ = 0.01 л × 200 кг/м³ = 2 кг

Теперь определим вес поплавка:

F_тяжести = m × g

где g - ускорение свободного падения (приближенно 9.81 м/с²).

F_тяжести = 2 кг × 9.81 м/с² = 19.62 Н

2. Сила Архимеда: Сила Архимеда равна весу выталкиваемой поплавком жидкости и направлена вверх:

F_Архимеда = плотность_жидкости × V_поплавка × g

где плотность_жидкости - плотность воды (приближенно 1000 кг/м³), V_поплавка - объем поплавка.

F_Архимеда = 1000 кг/м³ × 0.01 л × 1/1000 = 0.01 Н

3. Работа силы тяжести при поднятии на глубину h: Работа силы тяжести при поднятии поплавка из глубины h равна перемещению поплавка вверх на глубину h, умноженному на силу тяжести:

W_тяжести = F_тяжести × h = 19.62 Н × 1 м = 19.62 Дж

4. Работа силы тяжести при разгоне до скорости у: Работа силы тяжести при разгоне поплавка до скорости у равна изменению его потенциальной энергии, которая преобразуется в кинетическую энергию.

W_разгон = ΔE_kin

где ΔE_kin - изменение кинетической энергии поплавка. Кинетическая энергия определяется формулой:

E_kin = (1/2) × m × u²

где m - масса поплавка, u - скорость поплавка.

Начальная кинетическая энергия (при скорости 0) равна нулю. Поэтому изменение кинетической энергии при разгоне до скорости у равно:

ΔE_kin = (1/2) × m × u² - (1/2) × m × 0² = (1/2) × m × u²

ΔE_kin = (1/2) × 2 кг × (1 м/с)² = 1 Дж

Таким образом, работа силы тяжести при разгоне поплавка до скорости у равна 1 Дж.

Итак, общая работа сил, действующих на поплавок при поднятии из воды и разгоне до скорости 1 м/с, равна:

W_общая = W_тяжести + W_разгон = 19.62 Дж + 1 Дж = 20.62 Дж