Почему в этой задаче не учитывается натяжение струны? (Принцип Архимеда) скачать в хорошем качестве

Почему в этой задаче не учитывается натяжение струны? (Принцип Архимеда)

В этой задаче по физике мы находим радиус полностью погруженного в воду железного шара, прикрепленного нитью к частично погруженному в воду плавающему цилиндру, используя закон Архимеда и закон статического равновесия. 📢 Узнайте 11 полезных советов, как освоить физику: ▶ https://thesciencecube.com/ 📢 Подпишитесь на наш канал в Telegram: ▶ https://t.me/TheScienceCube_Community Понятное пошаговое обоснование для скорости и точности выполнения заданий по физике в рамках курсов AP/IB. Также актуально для учащихся 11/12 классов и студентов инженерных специальностей. Что вы изучите 1. Определите, что общая выталкивающая сила = общему весу для комбинированной системы. 2. Вычислите выталкивающую силу для частично погруженного цилиндра и полностью погруженной сферы. 3. Определите, когда натяжение является внутренней силой, которая компенсируется в системном анализе. Ключевые понятия, которые будут рассмотрены Закон Архимеда Выталкивающая сила Статическое равновесие Подводный объём Диаграмма свободного тела (FBD) Внутренние и внешние силы (натяжение) Задача о плавающем цилиндре Почему этот урок важен? Задачи по выталкиванию смешанных объектов часто встречаются в курсах физики AP 2, IB Physics и на экзаменах, таких как IIT JEE. Знание того, как рассматривать связанные тела как единую систему и как соотносить вытесненный объём с весом, позволит вам быстро решать многоэтапные задачи гидростатики и избегать распространённых ошибок при расчёте сил. Предварительные или дополнительные уроки: Плотность, давление и закон Архимеда Дополнительные уроки: Третий закон Ньютона и диаграммы свободного тела для связанных тел Полная стенограмма урока Плавающий цилиндр + погруженная сфера: найти радиус железного шара Условие задачи Железный шар привязан нитью пренебрежимо малой массы к вертикально стоящему цилиндру, который плавает, частично погруженный в воду. Данные цилиндра: высота H = 6,00 см, площадь верхней/нижней грани A = 12,0 см², плотность ρ_c = 0,30 г/см³. Цилиндр возвышается над водой на 2,00 см, поэтому его погруженная высота h_sub = 6,00 − 2,00 = 4,00 см. Плотность воды ρᵥ = 1,00 г/см³ (подразумевается). Железный шар полностью погружён в воду. Найдите радиус шара r. Стратегия: Рассматривайте оба объекта как единую систему Цилиндр + шар плавают вместе в состоянии покоя. В состоянии статического равновесия в жидкости суммарная выталкивающая сила, направленная вверх, равна суммарному весу системы, направленному вниз: Суммарная выталкивающая сила = Общий вес. Поскольку мы анализируем объединённую систему, натяжение нити является внутренним и компенсируется (равнозначно и противоположно направлено внутри системы). Имеют значение только внешние силы: выталкивающая сила воды и вес, создаваемый силой тяжести. Шаг 1: Запишите внешние силы Выталкивающая сила на цилиндре: F_B,cyl = ρᵥ × (A × h_sub) × g. Выталкивающая сила на сфере (полностью погружённой): F_B,ball = ρᵥ × [(4/3)π r³] × g. Вес цилиндра: W_cyl = ρ_c × (A × H) × г. Вес сферы: W_ball = ρ_b × [(4/3)π r³] × г, где ρ_b — плотность железа. Шаг 2: Примените статическое равновесие F_B,цил + F_B,шар = W_цил + W_шар ρᵥ (A h_sub) г + ρᵥ [(4/3)π r³] г = ρ_c (A H) г + ρ_b [(4/3)π r³] г Шаг 3: Найдите r³ ρᵥ A h_sub − ρ_c A H = [(4/3)π (ρ_b − ρᵥ)] r³ r³ = A (ρᵥ h_sub − ρ_c H) ÷ [(4/3)π (ρ_b − ρᵥ)] г ≈ 0,972 см. Почему натяжение не учитывается? Поскольку мы рассматривали цилиндр и шар как единую систему, натяжение нити внутреннее: нить тянет цилиндр вниз, а шар вверх с одинаковой величиной. Эти внутренние силы в сумме уравновешиваются, оставляя только внешние силы выталкивания и грузы, которые нужно уравновесить. Для кого это: для учеников 11-го класса, студентов, изучающих физику на курсах углубленного изучения, студентов, готовящихся к сдаче вступительных экзаменов, таких как IIT JEE и NEET. 📢 Смотрите полный плейлист здесь: ▶    • Fluid Mechanics : Pressure, Buoyancy, and ...