Задача по механике, МКТ и термодинамике №13

На границе раздела двух несмешивающихся жидкостей, имеющих плотности            3 ρ1 = 400 кг/м  и ρ2 = 2ρ1  , плавает шарик (см. рисунок). Какой должна быть плотность шарика ρ  , чтобы выше границы раздела жидкостей была одна четверть его объёма?

PIC

Шарик и жидкости неподвижны в ИСО, связанной с Землёй. В этом случае, как следует из второго закона Ньютона, сила Архимеда, действующая на шарик, уравновешивает действующую на него силу тяжести: ρ1V1g+ ρ2V2g = ρ(V1+ V2)g  (здесь V1  и V2  – соответственно объёмы шарика, находящиеся выше и ниже границы раздела). Отсюда:

ρ1--V1--+ ρ2--V2-- =ρ.  (1)   V1+ V2    V1+ V2

Доли объёма шарика, находящиеся выше и ниже границы раздела жидкостей, связаны соотношением

--V1--  --V2-- V1+ V2 + V1 +V2 = 1. (2)

Решая систему уравнений (1)–(2), получаем:

  V      ρ − ρ V-+1V-= ρ-2−-ρ-  1   2   2   1

По условию задачи --V1-= 1 V1+V2  4  , так что -ρ2−ρ-= 1 ρ2−ρ1  4  , откуда

ρ= 1(ρ1+ 3ρ2)= 7ρ1 = 700 кг/м3    4           4
Оцените статью
Я решу все!