Відповідь:
Історія відкриття закону збереження енергії
Закон збереження енергії, у фізиці, принцип, згідно з яким повна енергія замкненої системи зберігається впродовж часу. Енергія не виникає з нічого і не зникає в нікуди, а може лише перетворюватись з однієї форми на іншу. Через цей закон неможливі вічні двигуни першого роду. Закон був винайдений незалежно, для різних видів енергії багатьма вченими.
Працями вчених XVIII ст. було доведено, що при здійсненні механічної роботи виникає теплота. Але який кількісний зв’язок між ними? Чи завжди треба затратити одну і ту ж кількість роботи (і яку саме), щоб отримати одиницю кількості теплоти? Відповідь на ці питання шукали багато вчених в першій половині XIX ст.
Закон збереження енергії відкрив в середині 19 століття німецький вчений Р.Майер, англійський учений Д.Джоуль. А найбільш точне формулювання закону було надане в працях німецького вченого Г. Гельмгольца.
В подібних задачах треба визначити архімедову силу, що діє на модель у воді, і відняти її від ваги моделі у повітрі.
Архімедова сила визначається за формулою:
F_Арх = ρ * g * V
де ρ - густина рідини (води), g - прискорення вільного падіння, V - об'єм зануреної у воду частини моделі.
Так як модель є полою, то її об'єм складається з об'єму матеріалу і об'єму порожнини, тобто:
V = V_матеріалу + V_порожнини
Так як ми знаємо об'єм порожнини, то об'єм матеріалу можна визначити:
V_матеріалу = V - V_порожнини = 0.5 дм³ - 0.2 дм³ = 0.3 дм³
Далі можемо визначити масу матеріалу:
m_матеріалу = V_матеріалу * ρ_матеріалу = 0.3 дм³ * 8900 кг/м³ = 2670 кг
Тепер можемо визначити вагу моделі у повітрі, за до формули:
F_ваги = m_моделі * g
де m_моделі - маса всієї моделі (матеріалу та порожнини).
Так як ми знаємо вагу моделі у воді, можемо визначити її вагу у повітрі як:
F_ваги_в_повітрі = F_ваги_у_воді - F_Арх
де F_Арх - архімедова сила.
Таким чином, визначаємо архімедову силу:
F_Арх = ρ_води * g * V_порожнини = 1000 кг/м³ * 9.8 м/с² * 0.2 дм³ / 1000 = 0.196 Н
Оскільки в виразі для ваги моделі у повітрі вага масла невідома, ми просто позначимо її як F_ваги_в_повітрі і розв'яжемо рівняння:
F_ваги_в_повітрі = m_моделі * g
F_ваги_у_воді - F_Арх = m_моделі * g
Отримуємо:
F_ваги_в_повітрі = (F_ваги_у_воді - F_Арх) / g = (8.3 Н - 0.196 Н) / 9.8 м/с² ≈ 0.835 Н
Отже, вага моделі в повітрі дорівнює близько 0.835 Н.