Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 13885
2020-04-03 
Водолазный колокол в форме цилиндра без дна, частично заполненный воздухом, находится под водой (рис.). Чтобы колокол не всплывал, его прикрепили тросом к дну водоема. На веревке к колоколу привязан груз, находящийся в воде. Площадь горизонтального сечения колокола $S = 4 м^{2}$, объем воздуха в нем $V = 8 м^{3}$ при давлении $p = 1,5 \cdot 10^{5} Па$. Когда груз в колоколе поднимают над уровнем воды, давление возрастает на $\Delta p = 250 Па$, при этом трос остается натянутым. Найдите изменение натяжения троса и веревки. Плотность воды $\rho = 10^{3} кг/м^{3}$, ускорение свободного падения $g = 10 м/с^{2}$. Воздух в колоколе подчиняется закону Бойля-Мариотта: $pV = const$, где $p$ - давление, $V$ - объем воздуха в колоколе.
Решение:
Чтобы вычислить изменение объема воздуха в колоколе, воспользуемся законом Бойля-Мариотта. Из него следует, что объем воздуха уменьшится на
$\Delta V = V \left ( \frac{ \Delta p}{p + \Delta p} \right ) = 0,0133 м^{3}$.
Рассмотрим равновесие системы, состоящей из колокола, груза и столба воды внутри колокола. На систему действуют силы тяжести, сила натяжения троса и силы гидростатического давления на верхнюю и нижнюю поверхности системы. После поднятия груза объем воздуха уменьшится, освобожденный объем $\Delta V$ займет вода массой $\rho \Delta V$. При этом из всех внешних сил изменятся только сила натяжения троса и сила тяжести, действующая на воду внутри колокола. Таким образом, сила натяжения троса уменьшится на
$\Delta F = \rho \Delta Vg = 133 H$.
На колокол действуют сила тяжести, сила гидростатического давления, сила давления воздуха и силы натяжений троса и веревки. Из них при поднятии груза изменяются силы натяжений и сила давления воздуха. Силы натяжения направлены вниз, сила давления воздуха - вверх. Давление увеличивается, сила натяжения троса уменьшается, значит, сила натяжения веревки увеличивается, причем увеличивается на
$\Delta T = \Delta pS + \Delta F = 1000 H + 133 H = 1133 H$.
Водолазный колокол в форме цилиндра без дна, частично заполненный воздухом, находится под водой (рис.). Чтобы колокол не всплывал, его прикрепили тросом к дну водоема. На веревке к колоколу привязан груз, находящийся в воде. Площадь горизонтального сечения колокола $S = 4 м^{2}$, объем воздуха в нем $V = 8 м^{3}$ при давлении $p = 1,5 \cdot 10^{5} Па$. Когда груз в колоколе поднимают над уровнем воды, давление возрастает на $\Delta p = 250 Па$, при этом трос остается натянутым. Найдите изменение натяжения троса и веревки. Плотность воды $\rho = 10^{3} кг/м^{3}$, ускорение свободного падения $g = 10 м/с^{2}$. Воздух в колоколе подчиняется закону Бойля-Мариотта: $pV = const$, где $p$ - давление, $V$ - объем воздуха в колоколе.
Решение:
Чтобы вычислить изменение объема воздуха в колоколе, воспользуемся законом Бойля-Мариотта. Из него следует, что объем воздуха уменьшится на
$\Delta V = V \left ( \frac{ \Delta p}{p + \Delta p} \right ) = 0,0133 м^{3}$.
Рассмотрим равновесие системы, состоящей из колокола, груза и столба воды внутри колокола. На систему действуют силы тяжести, сила натяжения троса и силы гидростатического давления на верхнюю и нижнюю поверхности системы. После поднятия груза объем воздуха уменьшится, освобожденный объем $\Delta V$ займет вода массой $\rho \Delta V$. При этом из всех внешних сил изменятся только сила натяжения троса и сила тяжести, действующая на воду внутри колокола. Таким образом, сила натяжения троса уменьшится на
$\Delta F = \rho \Delta Vg = 133 H$.
На колокол действуют сила тяжести, сила гидростатического давления, сила давления воздуха и силы натяжений троса и веревки. Из них при поднятии груза изменяются силы натяжений и сила давления воздуха. Силы натяжения направлены вниз, сила давления воздуха - вверх. Давление увеличивается, сила натяжения троса уменьшается, значит, сила натяжения веревки увеличивается, причем увеличивается на
$\Delta T = \Delta pS + \Delta F = 1000 H + 133 H = 1133 H$.
