Средняя плотность и плавание тел
Всплывающие и тонущие тела. Проделаем опыт. Нам понадобятся
сосуды со спиртом, водой и раствором соли (см. рисунок). Возьмем также
куриное яйцо и кубик льда. Опустим их сначала в спирт. И лед, и яйцо
утонут. Переложим тела в воду. Яйцо утонет, а лед будет плавать. В
растворе соли оба тела будут плавать.
Для объяснения результатов опыта воспользуемся числовой прямой.
Взгляните: на ней отмечены плотности всех веществ и тел, использованных
в опыте. Мы видим, что плотность льда больше плотности спирта, и в нем
лед тонет. Однако плотность льда меньше плотности воды и раствора соли.
Поэтому в них лед плавает. На прямой мы отложили и "плотность яйца" –
около 1050 кг/м3. Это так называемая средняя плотность
яйца, ведь оно состоит сразу из нескольких веществ: белка, желтка и
скорлупы. Вы видите, что средняя плотность яйца больше плотности воды,
но меньше плотности раствора соли. Поэтому в воде яйцо тонет, а в
растворе соли – плавает.
Обобщая результаты опыта, сделаем вывод: если средняя плотность
тела больше плотности жидкости, то это тело в ней тонет; если же
средняя плотность тела меньше плотности жидкости, то тело в ней
всплывает.
Средняя плотность тела вычисляется по той же формуле, что и
плотность вещества, изученная в предыдущем параграфе. Однако, в отличие
от плотности вещества, числовое значение средней плотности тела не показывает массу единицы объема этого тела. Например, средняя плотность яйца 1050 кг/м3 или, в более удобных единицах, – 1,05 г/см3. Однако из этого не следует, что масса каждого 1 см3 внутри яйца будет именно 1,05 г.
Плавающие тела. Красивое явление – айсберг, плавающий в
океане. Однако знаете ли вы, что нашему взору предстает лишь 1/10 часть
всего айсберга, а 9/10 - скрыты водой. Но если же в воде будет плавать
бревно, то оно будет погружено примерно до половины – взгляните на
рисунок. Почему же вода скрывает от нас только половину бревна, а
айсберг – почти целиком? Попробуем выяснить.
Вспомним, что плотность льда составляет 900 кг/м3, а плотность древесины – около 500 кг/м3 в зависимости от ее породы и влажности. Представим эти числа графически – в виде так называемой столбчатой диаграммы. На этой же диаграмме покажем значение плотности пресной воды – 1000 кг/м3.
Сравним получившиеся "столбики" – взгляните на диаграмму. Нетрудно
видеть, что длина столбика "древесина" составляет половину (то есть 1/2
часть) от длины столбика "вода".
Аналогично, длина столбика "лед" составляет 9/10 от длины столбика
"вода". Другими словами, средняя плотность древесины составляет 1/2 от
плотности воды, а льда – 9/10 от той же плотности.
Из этих рассуждений можно сформулировать обобщение: внутри
жидкости находится такая доля плавающего тела, какую составляет его
средняя плотность от плотности окружающей тело жидкости.
Плавающее тело, например айсберг, может быть большим или маленьким. В зависимости от этого объем погруженной части тоже будет большим или маленьким. Но, несмотря на это, погруженная доля останется прежней – 9/10.
fizika.ru