С помощью невесомой нити к концу прямого однородного стержня массой 44 г подвесили однородный алюминиевый кубик со стороной 2 см. Стержень положили на край аквариума с водой таким образом, чтобы в состоянии равновесия кубик был погружён в воду ровно наполовину (см. рисунок). Плотность воды 1 г/см3, плотность алюминия 2,7 г/см3, ускорение свободного падение равно 10 м/с2.
1. Определите в каком отношении l2/l1 край сосуда делит стержень. Ответ округлите до десятых долей 2.Определите модуль силы, с которой стержень действует на стенку аквариума. Ответ выразите в мН, округлив до целого числа.
Обозначим массы кубика, погруженной в воду, и погруженной в воздух частей стержня как m1 и m2 соответственно. Тогда для равновесия системы должны выполняться следующие условия m1 = V1 ρводы = (221) 1 = 4 m2 = V2 ρалюминия = (l1 S - 221) * 2.7, где S - площадь поперечного сечения стержня, что соответствует m1 = 44 - m2
Из условия равновесия можно записать уравнение для моментов сил l2 F = l1 m1 g + l2 m2 * g, где F - искомая сила, действующая на стенку аквариума.
Таким образом l2l1 = (l1 m1) / (m2) = 44 / (4/2.7 (l1 S - 4))
l2/l1 = 11.8 / (С * l1 - 1), где S - площадь поперечного сечения стержня.
Из уравнения для моментов l2 F = l1 m1 g + l2 m2 F = l1 m1 g / l2 + m2 F = l1 4 10 / 11.8 + (44 - 4) * 1 F = 40l1 / 11.8 + 400
Примем l1 = 1, тогда F = 40 / 11.8 + 400 = 404 мН
Итак, ответы:
l2/l1 = 11.8 / (l1 * S - 1)Сила, с которой стержень действует на стенку аквариума, составляет 404 мН.
m1 = V1 ρводы = (221) 1 = 4
m2 = V2 ρалюминия = (l1 S - 221) * 2.7, где S - площадь поперечного сечения стержня, что соответствует m1 = 44 - m2
Из условия равновесия можно записать уравнение для моментов сил
l2 F = l1 m1 g + l2 m2 * g, где F - искомая сила, действующая на стенку аквариума.
Таким образом
l2l1 = (l1 m1) / (m2) = 44 / (4/2.7 (l1 S - 4))
l2/l1 = 11.8 / (С * l1 - 1), где S - площадь поперечного сечения стержня.
Из уравнения для моментовl2 F = l1 m1 g + l2 m2
F = l1 m1 g / l2 + m2
F = l1 4 10 / 11.8 + (44 - 4) * 1
F = 40l1 / 11.8 + 400
Примем l1 = 1, тогда
F = 40 / 11.8 + 400 = 404 мН
Итак, ответы:
l2/l1 = 11.8 / (l1 * S - 1)Сила, с которой стержень действует на стенку аквариума, составляет 404 мН.