Рвозд = 20Н - вес короны в воздухе
Р вод = 18,75Н - вес короны в воде
ρ вод = 1000 кг/м³ - плотность воды
g = 10 м/с² - ускорение свободного падения
ρ зол = 20 000кг/м³ - плотность золота
ρ сер = 10 000кг/м³ - плотность серебра
m спл = Рвозд : g = 20 : 10 = 2(кг) - масса сплава
V cпл - ? - объём сплава
С одной стороны Fарх = Рвозд - Рвод , а с другой стороны по закону Архимеда Fарх = ρ вод · g · Vспл, тогда
Vспл = (Рвозд - Рвод) : (ρ вод · g) = (20 - 18,75) : (1000 · 10) = 1,25·10⁻⁴(м³)
ρ спл = m спл : V спл = 2 : 1,25·10⁻⁴ = 16 000 (кг/м³)
Для определения массы золота m зол и массы серебра m сер в сплаве cоставим два уравнения:
m зол + m сер = m cпл, откуда m зол = m спл - m cер (1)
V спл = m зол : ρ зол + m cер : ρ сер (2)
Подставим выражение (1) в (2)
V спл = (m спл - m cер) : ρ зол + m cер : ρ сер
V спл · ρ зол · ρ cер = (m спл - m cер) · ρ сер + m cер · ρ зол
V спл · ρ зол · ρ cер = m спл · ρ сер - m cер · ρ сер + m cер · ρ зол
m сер = ρ сер · (V спл · ρ зол - m спл) : (ρ зол - ρ сер) =
= 10 000 · (1,25·10⁻⁴ · 20 000 - 2) : (20 000 - 10 000) = 0,5(кг)
m зол = m спл - m сер = 2 - 0,5 = 1,5(кг)
Найдём объём короны из чистого золота, имеющей вес в воздухе Рвозд = 20Н
V чист зол = Р возд : (g · ρ зол) = 20 : (10 · 20 000) = 1·10⁻⁴(м³) = 100cм³
Определите объем вакуумной полости в куске чугуна массой 3,5 кг, если вес этого куска в воде равен 28 Н.
Вес куска чугуна в воде равен весу этого куска в воздухе, за вычетом выталкивающей силы, численно равной весу воды в объеме куска чугуна:
P = F(т) - F(a) = mg - ρ(в)gV,
где m = 3,5 кг - масса чугуна
g = 10 Н/кг - ускорение своб. падения
ρ(в) = 1000 кг/м³ - плотность воды
V - объем куска чугуна, погруженного в воду
Найдем объем куска чугуна массой 3,5 кг:
V = m/ρ = 3,5 : 7000 = 5·10⁻⁴ (м²)
При погружении этого куска в воду, на него будет действовать выталкивающая сила, равная весу воды в объеме куска чугуна:
F(a) = ρ(в)gV = 1000 · 10 · 5 · 10⁻⁴ = 5 (H)
То есть вес такого куска в воде должен быть:
P₀ = mg - F(a) = 35 - 5 = 30 (H)
Однако, мы имеем вес куска чугуна в воде не 30, а 28 Н. Очевидно, что разница в весе приходится на дополнительную выталкивающую силу, то есть на вес воды в объеме полости внутри куска чугуна:
F(a)' = P₀ - P = 30 - 28 = 2 (H)
F(a) = ρ(в)gV(п)
V(п) = F(a) : 10000 = 2 · 10⁻⁴ (м³) = 200 см³
