Một khối gỗ hình hộp chữ nhật tiết diện \(S=40cm^2\) cao \(h=10cm\), khối lượng \(m=160g\), không ngấm nước. Khối lượng riêng của nước là \(D_0=1000\)kg/\(m^3\).
a, Thả thẳng đứng khối gỗ vào nước. Tìm chiều cao của phần gỗ nổi trên mặt nước.
b, Một bạn học sinh muốn khoét đổ đầy chỉ có
một lỗ hình trụ có tiết diện \(\Delta S\) ở giữa dọc theo khối gỗ, rồi khối lượng riêng \(D_2\) = 11300kg/m để khi thả vào nước thi khối gỗ và chỉ vừa chim hoàn toàn trong nước. Tìm tiết diện tối thiểu của lỗ hình trụ (bề mặt khối chỉ không cao hơn bề mặt khối gỗ).
a)Gọi chiều cao phần gỗ nổi trên mặt nước là \(h_1\left(m\right).\)
Trọng lượng khối gỗ: \(P=10m=10\cdot\dfrac{160}{1000}=1,6N\)
Gỗ chịu tác dụng của lực đẩy Ác-si-mét:
\(F_A=d\cdot V=10D\cdot S\left(h-h_1\right)=10\cdot1000\cdot40\cdot10^{-4}\cdot\left(0,1-h_1\right)\)
\(\Rightarrow F_A=40\left(0,1-h_1\right)\)
Cân bằng lực: \(P=F_A\Rightarrow1,6=40\left(0,1-h_1\right)\)
\(\Rightarrow h_1=0,06m=6cm\)
b)Trọng lượng riêng của gỗ:
\(D_1=\dfrac{m}{V}=\dfrac{m}{S\cdot h}=\dfrac{0,16}{40\cdot10^{-4}\cdot0,1}=400kg/m^3\)
Sau khi khoét lỗ, lượng chì đổ vào có trọng lượng:
\(P_2=10m_2=10\cdot D_2\cdot V_2=10D_2\cdot\Delta S.\Delta h\)
Và trọng lượng gỗ bị mất đi, còn lại là:
\(\Delta P_1=10D_1\left(V-\Delta V\right)=10D_1\left(S\cdot h-\Delta S\cdot\Delta h\right)\)
Lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên khúc gỗ lúc này:\(F_A'=10D_1\cdot Sh\)
Vật chìm hoàn toàn trong nước nên \(\Delta h=10cm=0,1m\)
Cân bằng lực mới: \(P_2+\Delta P_1=F_A'\)
\(\Rightarrow10D_2\cdot\Delta S\cdot\Delta h+10D_1\left(S\cdot h-\Delta S.\Delta h\right)=10D_1\cdot Sh\)
\(\Rightarrow10\cdot11300\cdot0,1+10\cdot400\cdot\left(0,004\cdot0,1-\Delta S\cdot0,1\right)=10\cdot1000\cdot0,004\cdot0,1\)
\(\Rightarrow\Delta S=28,244\)
