В сосуде с жидкостью плотности ро2 к дну прикреплена пружина. К пружине прикреплено цилиндрическое тело, имеющее плотность ро1. Тело плавает на поверхности жидкости, погруженное на 2/3 своего объёма, при этом пружина растянута на величину Х1. Чему будет равно удлинение пружины, если в сосуд долить жидкость с плотностью Ро3, так, чтобы тело оказалось полостью погруженным в жидкость. Считать, что жидкости не смешиваются, ро2 больше ро3 и цилиндр погруженное в нижнюю жидкость на 1/6 своего объёма.
от

1 Ответ

дано:
- плотность верхней жидкости ρ2
- плотность цилиндрического тела ρ1
- начальное удлинение пружины X1
- плотность нижней жидкости ρ3
- начальная степень погружения тела в жидкость = 2/3 объема
- при добавлении жидкости тело будет полностью погружено в нижнюю жидкость на 1/6 своего объема.

найти:
- новое удлинение пружины X2.

решение:
1. Сначала найдем объем цилиндрического тела V. Поскольку тело плавает на поверхности жидкости и погружено на 2/3 своего объема, то:
   V_погр = (2/3)V.

2. Применим закон Архимеда для расчета силы, действующей на тело в первой ситуации:
   F_архимеда = ρ2 * g * V_погр
   = ρ2 * g * (2/3)V.

3. Вес тела W = ρ1 * g * V.

4. В равновесии для начального состояния выполняется:
   F_архимеда - W - F_пружины = 0,
где F_пружины = k * X1, и k — жесткость пружины.
   
   Подставляем значения:
   ρ2 * g * (2/3)V - ρ1 * g * V - k * X1 = 0.

5. Упростим уравнение:
   (2/3)ρ2 * V - ρ1 * V = k * X1,
   V(2/3ρ2 - ρ1) = k * X1.

6. Теперь, когда доливаем жидкость с плотностью ρ3, тело будет полностью погружено в нижнюю жидкость на 1/6 своего объема, что соответствует:
   V_погр = V.

7. Применяем закон Архимеда к новому состоянию:
   F'_архимеда = ρ3 * g * V.

8. Уравновешиваем силы:
   F'_архимеда - W - F'_пружины = 0,
где F'_пружины = k * X2.

   Подставляем значения:
   ρ3 * g * V - ρ1 * g * V - k * X2 = 0.

9. Упрощаем уравнение:
   ρ3 * V - ρ1 * V = k * X2,
   V(ρ3 - ρ1) = k * X2.

10. Теперь можем выразить X2 через X1 из первого уравнения:
    X2 = V(ρ3 - ρ1) / k.

11. Подставим значение V из первого уравнения:
    V = k * X1 / (2/3ρ2 - ρ1).

12. Подставляем это в выражение для X2:
    X2 = (k * X1 / (2/3ρ2 - ρ1)) * (ρ3 - ρ1) / k,
    X2 = X1 * (ρ3 - ρ1) / (2/3ρ2 - ρ1).

ответ:
Новое удлинение пружины X2 можно выразить как X2 = X1 * (ρ3 - ρ1) / (2/3ρ2 - ρ1).
от