Pregunta

Screenshot_20260421_203201_Chrome.jpg

Решить задачу

Pensamiento

Solving physics problem involving pulleys

The physics problem involves pulley geometry, where a rope runs from a ceiling, around movable and fixed pulleys, and down to a mass. The tension is uniform, and the system reaches an equilibrium. We can calculate the mass of the ball (2.4 kg) based on the forces involved and confirm that the ball isn't immersed.

Considering forces on the ball as it moves

When the system is released, equilibrium should be maintained since no buoyant force acts initially, meaning the ball and mass should start moving at the same rate. However, once the ball enters the liquid, buoyancy kicks in, reducing the ball's effective weight and causing it to accelerate upward. I wonder if it's fully submerged or just barely touching the liquid surface.

Thought for 1m 10s

Respuesta

Решение по пунктам.

1) Масса шарика

Объём шара:

V=43πR3=433.14123V=\frac{4}{3}\pi R^3=\frac{4}{3}\cdot 3.14 \cdot 12^3 123=1728,V=23043.14=7234.56 см312^3=1728,\qquad V=2304\cdot 3.14=7234.56\ \text{см}^3

Масса:

m1=ρшV=4.27234.56=30385.152 г=30.385152 кгm_1=\rho_{\text{ш}}V=4.2\cdot 7234.56=30385.152\ \text{г}=30.385152\ \text{кг}

Округляем:

30.4 кг\boxed{30.4\ \text{кг}}

2) Куда направлены ускорения после отпускания

Шарик намного тяжелее груза 2, поэтому система пойдёт так:

  • шариквниз
  • груз 2вверх
шарик вниз, груз 2 вверх\boxed{\text{шарик вниз, груз 2 вверх}}

3) Ускорение шарика сразу после начала движения

Сразу после начала движения шарик ещё не испытывает действия жидкости, поэтому рассматриваем только силы тяжести и натяжения нити.

Обозначим ускорение шарика как aa вниз. Тогда из условия нерастяжимости нити груз 2 движется вверх с ускорением

a2=2aa_2=2a

Для шарика:

m1g2T=m1am_1g-2T=m_1a

Для груза 2:

Tm2g=m2a2=m2(2a)T-m_2g=m_2a_2=m_2(2a)

Отсюда:

T=m2g+2m2aT=m_2g+2m_2a

Подставляем в первое:

m1g2(m2g+2m2a)=m1am_1g-2(m_2g+2m_2a)=m_1a m1g2m2g=(m1+4m2)am_1g-2m_2g=(m_1+4m_2)a a=(m12m2)gm1+4m2a=\frac{(m_1-2m_2)g}{m_1+4m_2}

Подставим:

a=(30.421.2)1030.4+41.2=281035.2=7.95a=\frac{(30.4-2\cdot 1.2)\cdot 10}{30.4+4\cdot 1.2} = \frac{28\cdot 10}{35.2} = 7.95

Округляем:

8.0 м/с2\boxed{8.0\ \text{м/с}^2}

4) Ускорение груза 2

a2=2a=27.95=15.9 м/с2a_2=2a=2\cdot 7.95=15.9\ \text{м/с}^2 15.9 м/с2\boxed{15.9\ \text{м/с}^2}

5) Какой груз надо положить сверху на груз 2

Теперь блок AA имеет массу M=0.5M=0.5 кг.

Шарик должен быть в равновесии и погружён в жидкость на

α=12\alpha=\frac12

своего объёма.

Архимедова сила:

FA=ρgV2F_A=\rho g \frac{V}{2}

Масса вытесненной жидкости:

mвыт=ρV2=0.77234.562=2532.096 г=2.532096 кгm_{\text{выт}}=\rho\frac{V}{2}=0.7\cdot \frac{7234.56}{2}=2532.096\ \text{г}=2.532096\ \text{кг}

Значит,

FA=2.53209610F_A=2.532096\cdot 10

Пусть сверху на груз 2 положили массу mm. Тогда натяжение нити:

T=(m2+m)gT=(m_2+m)g

Так как подвижный блок держат две ветви нити, для равновесия системы «шарик + блок A»:

2T+FA=(m1+M)g2T+F_A=(m_1+M)g

Делим на gg:

2(m2+m)+2.532096=30.4+0.52(m_2+m)+2.532096=30.4+0.5 2(1.2+m)+2.532096=30.92(1.2+m)+2.532096=30.9 2.4+2m+2.532096=30.92.4+2m+2.532096=30.9 2m=25.9679042m=25.967904 m=12.983952m=12.983952

Округляем:

13.0 кг\boxed{13.0\ \text{кг}}

6) Сила давления жидкости на дно сосуда

Начальный объём жидкости:

V0=Sh=55012=6600 см3V_0=Sh=550\cdot 12=6600\ \text{см}^3

Погружённая половина шара вытесняет объём:

Vпогр=V2=3617.28 см3V_{\text{погр}}=\frac{V}{2}=3617.28\ \text{см}^3

Тогда общий объём под уровнем жидкости:

Vобщ=6600+3617.28=10217.28 см3V_{\text{общ}}=6600+3617.28=10217.28\ \text{см}^3

Новая высота столба жидкости:

h=VобщS=10217.28550=18.5769 см=0.185769 мh'=\frac{V_{\text{общ}}}{S}=\frac{10217.28}{550}=18.5769\ \text{см}=0.185769\ \text{м}

Сила давления на дно:

F=pS=ρghSF=pS=\rho gh'S F=700100.1857690.055=71.5 НF=700\cdot 10\cdot 0.185769\cdot 0.055=71.5\ \text{Н}

Округляем:

72 Н\boxed{72\ \text{Н}}

Ответы для формы:

  1. Масса шарика: 30.4
  2. Ускорение шарика: вниз
  3. Ускорение груза 2: вверх
  4. Ускорение шарика: 8.0
  5. Ускорение груза 2: 15.9
  6. Добавочная масса на груз 2: 13.0
  7. Сила давления на дно: 72

Если хочешь, могу ещё оформить это совсем кратко, только в виде готовых ответов без решения.

Compartir este Q&A