Какие силы действуют на ведро при подъеме из колодца с массой m = 10 кг? Найдите их результатирующую силу

Космическая_Звезда_4586

20

Давайте решим задачу по подъему ведра из колодца с массой \(m = 10\) кг. Нам нужно найти все силы, действующие на ведро, а также вычислить результатирующую силу, действующую на поверхность воды.

Силы, действующие на ведро, включают:

1. Сила тяжести \(F_{\text{т}}\) — это сила, с которой ведро притягивается Землей и определяется как произведение массы ведра \(m\) на ускорение свободного падения \(g\). В данном случае \(g = 10\) Н/кг, поэтому

\[F_{\text{т}} = m \cdot g = 10 \, \text{кг} \cdot 10 \, \text{Н/кг} = 100 \, \text{Н}\].

2. Сила Архимеда \(F_{\text{а}}\) — это сила выталкивания, с которой жидкость (в данном случае — вода) действует на подвижное тело, погруженное в нее. Она направлена вертикально вверх и равна весу выталкиваемой жидкости.

При подъеме ведра из колодца с водой, сила Архимеда будет равна весу объема вымещенной воды \(V\), который совпадает с объемом ведра. Мы можем найти вес вымещенной воды, используя плотность воды \(\rho\), которая остается постоянной. В данной задаче предполагается, что плотность воды равна 1 кг/литр = 1000 кг/м\(^3\).

Объем ведра \(V\) можно выразить через массу ведра и плотность воды:

\[V = \frac{m}{\rho} = \frac{10 \, \text{кг}}{1000 \, \text{кг/м}^3} = 0.01 \, \text{м}^3\].

Теперь мы можем найти силу Архимеда, умножив вес вымещенной воды \(V\) на ускорение свободного падения \(g\):

\[F_{\text{а}} = V \cdot g = 0.01 \, \text{м}^3 \cdot 10 \, \text{Н/кг} = 0.1 \, \text{Н}\].

Теперь, чтобы найти результатирующую силу на ведро, мы должны вычесть силу Архимеда из силы тяжести:

\[F_{\text{р}} = F_{\text{т}} - F_{\text{а}} = 100 \, \text{Н} - 0.1 \, \text{Н} = 99.9 \, \text{Н}\].

На рисунке ниже мы можем изобразить силы, действующие на ведро:

             _____________________

            /                    |            ^

           /                     |            |

          /                      | F_т       |

         /        Ведро           |            |

        /                        |            |

       /_________________________|            V



                   |

                   | F_а

                   |

                   |

                   |

                   |

                   V

Где:

\(F_{\text{т}}\) — сила тяжести (\(100\) Н),
\(F_{\text{а}}\) — сила Архимеда (\(0.1\) Н).

Таким образом, результатирующая сила \(F_{\text{р}}\) равна \(99.9\) Н и направлена вниз.

Я надеюсь, что это подробное объяснение помогло вам понять, какие силы действуют на ведро при его подъеме из колодца с водой и как вычислить их результатирующую силу. Если у вас остались какие-либо вопросы, пожалуйста, не стесняйтесь задавать!