Закон Архимеда для медного и алюминиевого шариков

У школьников в 7 классе начинается физика. В конце третьей четверти они проходят важный закон — закон Архимеда. В этот момент мало кто из ребят уже определился с будущей профессией и знает точно, что будет сдавать ЕГЭ по физике. Где ЕГЭ, а где 7 класс? Однако, указанная тема присутствует в экзамене ОГЭ, а далее и в ЕГЭ и, к сожалению, в школе, кроме как в 7 классе, больше не повторяется. Поэтому к моменту экзамена она бывает частенько забыта и приходится вспоминать ее уже с репетитором.

Повторим закон Архимеда на примере такой задачи:

Пусть у нас есть шарики и они подвешены к весам, как показано на рисунке. Один шарик будет изготовлен из меди, а другой из алюминия. Что произойдет, если всю систему опустить в жидкость?

Предполагаются следующие варианты ответов:

1) Поскольку масса шаров одинакова, то равновесие не нарушится.

2) Перевесит алюминиевый шар.

3) Перевесит медный шар.

4) Поскольку жидкость одинакова, то равновесие не нарушится.

Так как весы уравновешены, масса шаров одинакова. Однако, плотность алюминия (третий период Периодической таблицы) значительно меньше, чем плотность меди (цветной металл). Следовательно, чтобы обладать такой же массой, что и шарик из меди, шарик из алюминия должен иметь больший объем. Посмотрите на рисунок, так и есть. При погружении в воду на шарики начинает действовать выталкивающая сила. Эта сила направлена вертикально вверх и зависит от объема опущенного в воду шарика (от объема вытесненной жидкости). Чем больше объем тела, погруженного в жидкость, тем больше Архимедова сила. Соответственно, выталкивающая сила для шарика из алюминия во время нахождения его в воде будет больше. К Земле шарики притягиваются одинаково с силой mg (сила тяжести). Сила тяжести, что действует на шарики, превосходит выталкивающие силы, потому что плотности и алюминия, и меди больше плотности воды. Поэтому шарики остаются мокнуть в воде. Равнодействующая сила, действующая на шарики, складывается из выталкивающей силы и силы тяжести. Она направлена вниз и больше в случае шарика из меди. Именно поэтому шарик из меди перевесит, вследствие чего равновесие весов нарушится.

Ответ: 3.