Задание 4. Определение и свойства физических явлений: все задания

Во втором опыте в стакане, который также плавал вначале в большом сосуде с водой, находился стальной шарик. Затем стальной шарик перекладывали из стакана в сосуд с водой. Уровень воды в сосуде при этом понижался.

Почему же так происходит? Дело в том, что (А)________ на дно сосуда равна весу воды, стакана и шарика. Представим себе, что мы поставили сосуд (который для простоты можно считать невесомым) с его содержимым на весы. Тогда они покажут вес содержимого, то есть вес воды, стакана и шарика вместе взятых, причём их показания не зависят от того, где находится шарик − в стакане или в сосуде с водой. С другой стороны, весы должны показывать силу, действующую на (Б)________, которая в начальной ситуации определяется только уровнем воды в сосуде.

В случае, когда из стакана перекладывают деревянный шарик, он будет плавать на поверхности воды, и действующая на дно сосуда сила будет, по-прежнему, определяться лишь (В)________. А поскольку сила не меняется, то и уровень воды должен остаться прежним.

Иным будет результат в случае, когда шарик стальной. Тяжёлый стальной шарик утонет, то есть опустится на дно сосуда. Поэтому полная сила давления будет складываться из силы давления воды и силы давления шарика. Однако полная сила не должна измениться, значит, должна уменьшиться сила давления воды. А это может произойти только в том случае, если уровень воды (Г)________.

Почему же так происходит? Ведь при опускании груза в воду натяжение нити уменьшается на величину (А) ________, действующей на груз, а это значит, что уменьшается и сила давления штатива на левую чашку. Однако, согласно (Б) ________, на эту же величину возрастает сила, действующая со стороны груза на воду и (В) ________. Таким образом, давление стакана на чашку увеличится. Причём уменьшение силы давления штатива будет в точности скомпенсировано увеличением (Г) ________ стакана на чашку весов. Вот поэтому равновесие весов не нарушается.

Для изучения зависимости гидростатического давления жидкости от высоты столба и рода жидкости, учитель провёл опыты с прибором, предложенным Паскалем. Прибор представляет собой сосуд, дно которого имеет фиксированную площадь и затянуто резиновой плёнкой. В прибор наливается жидкость. Дно сосуда при этом прогибается, и его движение передаётся стрелке. Отклонение стрелки характеризует силу, с которой жидкость давит на дно сосуда. Учитель взял несколько таких приборов с одинаковой площадью дна, затянутого одинаковой резиновой плёнкой.

Сначала в первый сосуд налили воду, высота столба которой была h₁. Стрелка прибора отклонилась на некоторое расстояние (рис.1). Затем, во втором опыте, воду долили до уровня h₂>h₁. Стрелка прибора отклонилась ещё больше (рис. 2). Это свидетельствует о том, что при увеличении (А)________ давление на дно сосуда увеличивается.

В следующем, третьем, опыте учитель налил в третий сосуд другую жидкость (глицерин), высота столба которой также была равна h₂. Стрелка прибора с глицерином отклонилась больше, чем стрелка прибора с водой во втором опыте (рис.3). Данный опыт показывает, что давление, создаваемое жидкостью на дно сосуда, зависит также от (Б)________. Чем больше плотность жидкости, тем (В)________ давление оказывает эта жидкость на (Г)________. Плотность воды меньше плотности глицерина, поэтому прибор, в который налита вода, показывает меньшее давление, чем прибор, в который налит глицерин.

Во втором эксперименте эту же самую гирю поместили в сосуд со ртутью. Гиря всплыла (рис. 2). Плотность железа меньше, чем плотность ртути. Поэтому сила тяжести, действующая на гирю, (Б)________, выталкивающей силы, действующей на гирю со стороны воды, и гиря будет всплывать, поднимаясь к поверхности ртути. Поднявшись на поверхность, гиря будет плавать так, что часть её будет выступать из ртути. Это объясняется тем, что при равновесии тела, плавающего в жидкости, вес (В)________ жидкости (в данном случае объёма части гири, находящейся под свободным уровнем ртути) должен быть равен (Г)________ гири.