Изабери решење задатка:

Задатак 1 (бесплатан)

Кратко решење

Не. У води опругу динамометра истеже само разлика \( Q_2 = Q_1 - F_{\mathrm{p}} \), јер вода делује силом потиска навише, па је показана (привидна) тежина мања. Маса је мера количине супстанције у телу и не зависи од околине - у води је иста као у ваздуху, јер се предмету ништа није ни одузело ни додало.

Детаљно решење

Шта заправо показује динамометар

Док предмет виси о динамометру у ваздуху, опругу истеже само сила теже, па динамометар показује тежину \( Q_1 = mg \). Када се предмет потопи у воду, вода на њега делује силом потиска \( F_{\mathrm{p}} = \rho_0 V g \) усмереном навише, па опругу сада истеже само разлика тих сила: \( Q_2 = Q_1 - F_{\mathrm{p}} \). Зато је \( Q_2 \lt Q_1 \) - предмет у води „лакше” виси о динамометру.

Маса се при томе не мења

Маса је мера количине супстанције у телу (и мера његове инертности) и зависи само од самог тела, а не од тога чиме је тело окружено. Потапањем у воду из предмета није ништа извађено нити му је шта додато - исти је материјал, иста запремина, па је и маса иста. Ако бисмо предмет извадили, обрисали и измерили вагом, добили бисмо исту масу као и пре потапања.

Зашто онда динамометар показује мање

Смањила се само тежина коју предмет испољава у води (такозвана привидна тежина), и то тачно за силу потиска, а не маса. Управо на томе и почива ова вежба: разлика \( Q_1 - Q_2 \) даје силу потиска, из које се затим рачуна густина \( \rho = \rho_0 \dfrac{Q_1}{F_{\mathrm{p}}} \).

Закључак

Не. Мања је само тежина којом предмет делује на опругу динамометра, зато што му вода помаже силом потиска. Маса предмета је у води потпуно иста као и у ваздуху.

Кратак запис решења:

Не - мања је само привидна тежина, за силу потиска \( F_{\mathrm{p}} \), док маса предмета остаје иста.

Најважније из лекције

Сила потиска (\(F_p\)): Резултујућа сила хидростатичког притиска флуида која увек делује вертикално навише.
Привидна тежина: Тело у флуиду делује лакше јер је \(F = F_g - F_p\).
Архимедов закон: Сила потиска једнака је тежини истиснутог флуида: \[ F_p = \rho_f \cdot V \cdot g \] где је \(\rho_f\) густина флуида, а \(V\) запремина уроњеног дела тела.
Сила потиска је сила којом течности и гасови (флуиди) делују на потопљена тела. Увек је усмерена вертикално навише.
Ознака за силу потиска је \(F_p\), а њена мерна јединица је њутн (\(\text{N}\)).
Узрок настанка силе потиска: Хидростатички притисак расте са дубином (\(p = \rho \cdot g \cdot h\)).
  • Бочне силе притиска на тело се међусобно поништавају.
  • Доња површина тела налази се на већој дубини од горње, па је сила притиска одоздо (\(F_2\)) већа од силе притиска одозго (\(F_1\)).
  • Разлика ових сила представља силу потиска: \(F_p = F_2 - F_1\).
Шематски приказ тела (коцке) уроњеног у течност са уцртаним бочним силама које се поништавају и вертикалним силама где је доња сила притиска већа од горње, чиме настаје резултујућа сила потиска усмерена навише.
Пластична затворена посуда пуштена са дна посуде са водом искаче на површину, а балон напуњен хелијумом лети увис јер на њих делује сила потиска воде, односно ваздуха.
Када се тело урони у течност, његова тежина је привидно мања него у ваздуху, јер сила потиска делује супротно од силе теже.
\[ F = F_g - F_p \implies F_p = F_g - F \] \(F_g\) – тежина тела у ваздуху, \(F\) – тежина тела уроњеног у течност, \(F_p\) – сила потиска
Ако динамометар показује да је тежина тела у ваздуху \(F_g = 0{,}6\text{ N}\), а након потапања у воду показује \(F = 0{,}3\text{ N}\), сила потиска воде износи: \[ F_p = 0{,}6\text{ N} - 0{,}3\text{ N} = 0{,}3\text{ N}. \]
Архимедов закон: Интензитет силе потиска једнак је тежини флуида (течности или гаса) коју је тело истиснуло својим потопљеним делом. Сила потиска делује увек вертикално навише.
\[ F_p = \rho_f \cdot V \cdot g \] \(\rho_f\) – густина флуида (\(\text{kg/m}^3\)), \(V\) – запремина потопљеног дела тела (\(\text{m}^3\)), \(g\) – гравитационо убрзање (\(\text{m/s}^2\))
Сила потиска зависи искључиво од густине флуида у који је тело потопљено и запремине потопљеног дела тела. Не зависи од густине материјала од ког је тело направљено, нити од дубине на којој се цело тело налази.
Израчунајмо силу потиска која делује на коцку ивице \(a = 10\text{ cm} = 0{,}1\text{ m}\) потопљену у воду (\(\rho_t = 1000\text{ kg/m}^3\), \(g = 9{,}8\text{ m/s}^2\)):
Запремина коцке је \(V = a^3 = (0{,}1\text{ m})^3 = 0{,}001\text{ m}^3\). \[ F_p = 1000\,\frac{\text{kg}}{\text{m}^3} \cdot 0{,}001\,\text{m}^3 \cdot 9{,}8\,\frac{\text{m}}{\text{s}^2} = 9{,}8\text{ N}. \]

Задаци за вежбање

Лаки ниво: Тело у ваздуху тежи \(4{,}5\text{ N}\). Када се потпуно урони у посуду са водом, динамометар показује тежину од \(3{,}1\text{ N}\). Колика сила потиска делује на то тело?
Познато: \(F_g = 4{,}5\text{ N}\), \(F = 3{,}1\text{ N}\)
Формула: \(F_p = F_g - F\)
Рачун: \(F_p = 4{,}5\text{ N} - 3{,}1\text{ N} = 1{,}4\text{ N}\)
Одговор: Сила потиска износи \(1{,}4\text{ N}\).
Средњи ниво: Израчунај силу потиска која делује на металну куглу запремине \(0{,}002\text{ m}^3\) која је цела потопљена у воду густине \(\rho = 1000\text{ kg/m}^3\). Узети да је гравитационо убрзање \(g = 9{,}8\text{ m/s}^2\).
Познато: \(V = 0{,}002\text{ m}^3\), \(\rho = 1000\,\frac{\text{kg}}{\text{m}^3}\), \(g = 9{,}8\,\frac{\text{m}}{\text{s}^2}\)
Формула: \(F_p = \rho \cdot V \cdot g\)
Рачун: \(F_p = 1000\,\frac{\text{kg}}{\text{m}^3} \cdot 0{,}002\,\text{m}^3 \cdot 9{,}8\,\frac{\text{m}}{\text{s}^2} = 19{,}6\text{ N}\)
Одговор: Сила потиска износи \(19{,}6\text{ N}\).
Тешки ниво: Балон напуњен хелијумом има запремину \(2000\text{ m}^3\). Густина ваздуха је \(\rho_v = 1{,}2\text{ kg/m}^3\), а гравитационо убрзање је \(g = 9{,}8\text{ m/s}^2\).
а) Колика сила потиска ваздуха делује на овај балон?
б) Колика је маса истиснутог ваздуха?
Познато: \(V = 2000\text{ m}^3\), \(\rho_v = 1{,}2\,\frac{\text{kg}}{\text{m}^3}\), \(g = 9{,}8\,\frac{\text{m}}{\text{s}^2}\)

а) Сила потиска:
\(F_p = \rho_v \cdot V \cdot g = 1{,}2\,\frac{\text{kg}}{\text{m}^3} \cdot 2000\,\text{m}^3 \cdot 9{,}8\,\frac{\text{m}}{\text{s}^2} = 23520\text{ N}\)

б) Маса истиснутог ваздуха:
\(m = \rho_v \cdot V = 1{,}2\,\frac{\text{kg}}{\text{m}^3} \cdot 2000\,\text{m}^3 = 2400\text{ kg}\)
(или из тежине истиснутог ваздуха: \(m = \frac{F_p}{g} = \frac{23520\text{ N}}{9{,}8\,\text{m/s}^2} = 2400\text{ kg}\))

Одговор: Сила потиска је \(23520\text{ N}\), а маса истиснутог ваздуха је \(2400\text{ kg}\).

Савладај
домаћи
уз хиљаде решења, лекција и тестова: