Определить натяжение нити, связывающей два плавающих в воде шара объёмом см каждый, если верхний плавает, наполовину погрузившись в воду, а нижний шар в раза тяжелее верхнего. Какие законы Вы используете для решения задачи? Обоснуйте их применение.
Решение:
Обоснование
- Работаем в инерциальной системе отсчёта (ИСО), связанной с Землёй. Второй закон Ньютона записываем относительно неё.
- Шары считаем абсолютно твёрдыми телами: их форма и размеры не меняются.
- На тело, погружённое в жидкость, действует сила Архимеда. Она направлена вертикально вверх и приложена к центру масс погружённой части тела.
- Нить невесома, поэтому силы натяжения на её концах равны: .
Решение
Изобразим на рисунке силы, действующие на шары, и запишем для каждого из них второй закон Ньютона с учётом равновесия (ось направлена вертикально вниз):

где и — массы верхнего и нижнего шаров, — плотность воды, — сила натяжения нити.
Сложим уравнения, учитывая, что :
Подставим массу во второе уравнение:
Отсюда сила натяжения нити: