Пустой тонкостенный цилиндрический стакан переворачивают вверх дном и медленно погружают в глубокий водоем, удерживая ось стакана в вертикальном положении. Над поверхностью водоема находится воздух, температура которого равна температуре воды. Опираясь на законы механики и молекулярной физики, объясните, как при погружении стакана от поверхности воды вглубь водоема будет изменяться модуль выталкивающей силы, действующей на стакан.
При медленном погружении на стакан будет действовать атмосферное давление и гидростатическое давление (
— плотность жидкости,
— уровень столба жидкости), которая будет возрастать при опускании.
Рассмотрим нижнюю часть стакана, а именно границу воды и воздуха. Тогда давление воды равно , оно равно давлению воздуха, так как процесс изотермический объем воздуха будет уменьшаться, вода будет затекать. Т.к. сила Архимеда(
— плотность жидкости в которой плавает тело,
— объём тела погруженного в жидкость) прямо пропорциональна объему погружаемого тела, то при уменьшении объёма воздуха и пара сила Архимеда также будет уменьшаться.