Вопрос задан 08.10.2026 в 08:26. Предмет Физика. Спрашивает Сундеева Аня.

Деревянный кубик, длина ребра которого 2 см, плавает на поверхности воды. Плотность дерева составляет 500 кг/м³, воды – 1000 кг/м³. Определите глубину погружения кубика. Коэффициент поверхностного натяжения воды – 73 мН/м.

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Васильев Лёша.

На кубик действуют три силы:

  1. Сила тяжести, направленная вниз:

    Fтяж=mgF_{тяж}=mg
  2. Выталкивающая сила Архимеда, направленная вверх:

    FA=ρвgVпогрF_A=\rho_{в}gV_{погр}
  3. Сила поверхностного натяжения воды, также направленная вверх (если считать, что вода хорошо смачивает поверхность кубика):

    Fσ=σlF_{\sigma}=\sigma l

    где ll — длина линии контакта воды с кубиком.

Дано:

  • ребро кубика a=2 см=0,02 мa=2\text{ см}=0{,}02\text{ м};
  • плотность дерева ρд=500 кг/м3\rho_{д}=500\text{ кг/м}^3;
  • плотность воды ρв=1000 кг/м3\rho_{в}=1000\text{ кг/м}^3;
  • коэффициент поверхностного натяжения σ=73 мН/м=0,073 Н/м\sigma=73\text{ мН/м}=0{,}073\text{ Н/м}.

1. Найдём массу и вес кубика

Объём кубика:

V=a3=(0,02)3=8⋅10−6 м3V=a^3=(0{,}02)^3=8\cdot10^{-6}\text{ м}^3

Масса:

m=ρдV=500⋅8⋅10−6=4⋅10−3 кгm=\rho_{д}V=500\cdot8\cdot10^{-6}=4\cdot10^{-3}\text{ кг}

Сила тяжести:

Fтяж=mg=0,004⋅9,8=0,0392 НF_{тяж}=mg=0{,}004\cdot9{,}8=0{,}0392\text{ Н}

2. Найдём силу поверхностного натяжения

Линия контакта воды с кубиком имеет длину, равную периметру нижней грани:

l=4a=4⋅0,02=0,08 мl=4a=4\cdot0{,}02=0{,}08\text{ м}

Тогда:

Fσ=0,073⋅0,08=0,00584 НF_{\sigma}=0{,}073\cdot0{,}08=0{,}00584\text{ Н}

3. Запишем условие равновесия

Кубик покоится на поверхности воды, значит:

FA+Fσ=FтяжF_A+F_{\sigma}=F_{тяж}

Отсюда:

FA=Fтяж−FσF_A=F_{тяж}-F_{\sigma}FA=0,0392−0,00584=0,03336 НF_A=0{,}0392-0{,}00584=0{,}03336\text{ Н}

Сила Архимеда:

FA=ρвgShF_A=\rho_{в}gS h

где S=a2S=a^2 — площадь нижней грани, hh — глубина погружения.

S=(0,02)2=4⋅10−4 м2S=(0{,}02)^2=4\cdot10^{-4}\text{ м}^2

Тогда:

0,03336=1000⋅9,8⋅4⋅10−4⋅h0{,}03336=1000\cdot9{,}8\cdot4\cdot10^{-4}\cdot hh=0,033363,92h=\frac{0{,}03336}{3{,}92}h≈0,0085 мh\approx0{,}0085\text{ м}

Переведём в сантиметры:

h≈0,85 смh\approx0{,}85\text{ см}

Ответ: глубина погружения кубика с учётом силы поверхностного натяжения составляет примерно 0,850{,}85 см.

Если не учитывать поверхностное натяжение, получилось бы ровно 11 см, так как плотность дерева в два раза меньше плотности воды. Дополнительная подъёмная сила поверхностного натяжения уменьшает глубину погружения.

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос