Pentru a putea publica, trebuie să vă înregistraţi.
Vf. folderul Spam după înregistrare.
Pune o întrebare

Newsletter


3.6k intrebari

6.8k raspunsuri

15.4k comentarii

2.5k utilizatori

3 plusuri 0 minusuri
281 vizualizari

   Un cilindru alcătuit dintr-un tub de plastic, un balast de plumb în interior la unul din capete, și astupat ermetic la capete, este lăsat să plutească liber într-un vas cu apă, ca în figură:

   Cilindrul este agățat, de partea de sus cu un fir, de un suport rigid. Firul este inextensibil, de masă neglijabilă, având tensiunea de rupere o fracțiune din greutatea cilindrului. În poziția de echilibru a cilindrului, ce plutește vertical pe apă, centrul lui de greutate este pe direcția firului, fir care este perfect întins, dar netensionat.

   Brusc se eliberează vasul cu apă, astfel încât el începe să cadă liber spre sol.

În ce moment, de la eliberarea vasului, se rupe firul?

   Se consideră neglijabile influențele forțelor de frecare (aer – vas cu apă, cilindru – apă), ale forței arhimedice datorită aerului, ale forțelor de tensiune superficială de la contactul cilindrului cu suprafața apei, ale compresibilității apei.

Novice (226 puncte) in categoria Fizica
editat de

1 Raspuns

0 plusuri 0 minusuri

Asupra unui corp cufundat într-un vas cu lichid, vas aflat în repaus, acționează de jos în sus forța arhimedică egală cu greutatea volumului de lichid dezlocuit, Fa = mapa-dezlocuită · g . Pentru un corp aflat într-un vas cu lichid care se mișcă pe verticală în jos cu accelerația a, pe lângă forța produsă de diferența de presiune (forța arhimedică clasică) apare, în sensul opus, și forța corespunzătoare accelerației a. În acest caz forța arhimedică este Fa = mapa-dezlocuită · g - mapa-dezlocuită · a = mapa-dezlocuită · (g - a). Când se declanșează căderea vasului, acesta va începe coborârea cu accelerația g (lipsește frecarea cu aerul, parte a ipotezei) si forța arhimedică devine zero. Firul este supus acțiunii a două forțe opuse: greutatea reală a cilindrului și forța de rezistență a firului. Cea din urmă fiind mai mică, firul se va rupe instantaneu.

Experimentat (4.9k puncte)
0 0

Gheorghița:  Răspunsul este exact: firul se va rupe exact în momentul eliberării vasului și începutul căderii lui libere. Și formula: Fa =  mapa-dezlocuită * (g - a) , este corectă.

   Dar pentru o înțelegere mai exactă a fenomenului și pentru a evita părerea că în „secțiunea Fizică din acest site, așa zișii competenți în fizică, discută la nesfârșit ... dar, de fapt, habar nu au, iar cei care sunt interesați să afle ceva sunt puși într-o stare de confuzie” (scuze pentru îndrăzneala citatului), cred că ar fi oportun de explicat de ce apare, și de ce în sensul opus forței arhimedice clasice, forța corespunzătoare accelerației a. Pentru că accelerația a are aceeași direcție și sens cu accelerația gravitațională g, și atunci forțele corespunzătoare celor două accelerații ar părea că vor fi în același sens și atunci ar trebui însumate.

0 0

Cam așa văd eu lucrurile: vasul cade cu accelerația a și, prin urmare, și cilindrul suportă aceeași accelerație a = F/m. Dar cine este forța F în cazul cilindrului? Singurele forțe care acționeaza asupra lui sunt forța arhimedică Fa și greutatea G de sensuri opuse. Deci diferența G - Fa este răspunzătoare de accelerația a: G - Fa = F ⇒ Fa = m(g - a).
Aspre vorbe cele citate, spuse probabil de o minte pătrunzătoare. "Dar ce vremuri, totuși!"

0 0

   Firul fiind inextensibil, nu va permite cilindrului să se miște decât după ce se rupe. Aceasta înseamnă că cilindrul, fiind în repaus, nu poate avea accelerație decât după ruperea firului, dar aceasta nu face subiectul problemei, așa cum a fost formulată.

   Asupra cilindrului acționează trei forțe, nu două. Acestea sunt: greutatea lui G, forța arhimedică Fa , și forța exercitată de fir (egală cu tensiunea în fir Tfir). Atenție, firul este netensionat doar la început, dar în momentul când cilindrul tinde să coboare, în fir va apare o tensiune, care va fi egală cu diferența dintre greutate și forța arhimedică, pentru a asigura starea de repaus a cilindrului. Adică:

   G - Fa = Tfir       sau:   G - Fa - Tfir = 0   (stare de repaus)

   Dar acestea sunt considerații pentru situația căderii vasului cu apă cu o accelerație a mai mică decât g.

   Problema așa cum este enunțată se referă doar la cazul particular al căderii libere, deci cu accelerația a = g, și se poate rezolva fără complicări cu calcule ca în cazul general al unei accelerații a. Eram conștient că aceste calcule complică situația, poate peste puterile mele de analiză, așa că am stabilit condiții care să evite această situație.

   Rezolvarea proprie o voi posta separat,  pentru a fi mai accesibilă și altora și eventual a fi evaluată critic.

  

1 0

   Forța arhimedică ascendentă care se exercită asupra unui corp scufundat într-un fluid este egală cu greutatea fluidului pe care corpul îl dislocă. Aceasta este formularea generală a principiului lui Arhimede.

O formulare care sugerează mai bine esența fenomenului ar fi aceasta:

Forța arhimedică reprezintă rezultanta tuturor forțelor (de apăsare) cu care lichidul, datorită presiunii hidrostatice, acționează asupra unui corp scufundat în acesta. (aici)

     Deci cauza forței arhimedice, în cazul unui cilindru, este diferența de presiune pe care o exercită lichidul asupra părții de jos a cilindrului față de partea de sus a lui (forțele datorate presiunii pe partea laterală a cilindrului se anihilează reciproc având în vedere simetria lui). Această diferență de presiune rezultă din apăsarea straturilor de apă unul pe altul între nivelul de sus și cel de jos al cilindrului.

   În momentul eliberării vasului cu apă  și începutul căderii lui libere, apa din vas va „experimenta” condițiile de imponderabilitate. De ce? Pentru că toate straturile de apă, toate moleculele de apă chiar, vor cădea spre pământ cu accelerația gravitațională g, și între ele nu va mai exista nici o interacțiune de constrângere mecanică (de presiune, de apăsare). Vor pluti unele în raport cu altele și în raport cu pereții vasului. Vorbind plastic, sunt pe cont propriu.

   Ca urmare apăsarea (presiunea) straturilor de apă, unele pe altele, dispare complet (și instantaneu, având în vedere condițiile simplificatoare din enunț). Dispărând cauza, va dispărea și această forță arhimedică ascendentă. Asupra cilindrului acționează acum doar greutatea lui și tensiunea din fir, tensiune care va crește brusc la valoarea greutății cilindrului. Dar cum tensiunea de rupere a firului este mai mică decât greutatea cilindrului, firul se va rupe instantaneu (pentru că este inextensibil și nu apar întârzieri legate de procesul de întindere).

   Deci răspunsul este: firul se rupe exact în momentul eliberării vasului.

1 0
Dacă este presiune atmosferică atunci există apăsare între straturi creată de aceasta și în orice punct al lichidului presiunea este egală cu presiunea atmosferică.
0 0

Bună remarca! Într-adevăr presiunea apei nu are cum să fie nulă în condițiile expunerii la presiune atmosferică. Recunosc că mi-a scăpat.

Norocul meu este că, după cum ați precizat, presiunea în  orice punct al apei este aceiași și egală cu presiunea atmosferică. Deci diferența de presiune dintre oricare două puncte ale apei din vas este zero. Și întrucât această diferență de presiune este cauza forței arhimedice concluzia rămâne în picioare: firul nu are nici o șansă, se va rupe instantaneu.

Corect ar fi fost să fac referire la diferența de presiune și nu la presiune în sine (și atunci nu s-ar fi observat nici scăparea!). Dar în acest caz nu mai învățam nimic.

0 0

Se pare că problema e lămurită. Pe mine m-a stors de puteri calculul complex cu accelerația a și am uitat de fir cu tot cu tensiunea lui.
Dar cineva trebuie să deschidă balul chiar dacă nu știe să danseze cadrilul.

0 0

Dacă nu mai intervine nimeni, într-adevăr problema pare lămurită.

Doar eu mai am o nelămurire: mă așteptam ca altcineva să “deschidă balul”. M-am gândit la două posibile cauze. Se poate ca chestiunea să fi părut prea simplă pentru a merita atenția. Sau, se mai poate să fie de vină caracterul teoretic al problemei, prea îndepărtat de realitate. Dacă e așa, aș avea un remediu, o întrebare suplimentară.

Dacă am ține cont de faptul că apa este compresibilă ce întârziere ar interveni până la ruperea firului?

Mă gândesc doar la ordinul de mărime. Și în acest caz ar mai fi necesare niște date suplimentare: lungimea porțiunii cilindrului scufundată în apă (zeci de centimetrii, să zicem) și tensiunea de rupere a firului (undeva pe la jumătatea greutății cilindrului).

...