Открываем мир физики. Действительно ли 1 килограмм ваты легче 1 килограмма гвоздей?

Все мы знаем, что вата — это легкий материал, который обычно используется для утепления одежды или мебели. Но что насчет гвоздей? Они же тоже весят немало! В этой статье мы разберемся, действительно ли 1 килограмм ваты будет легче 1 килограмма обычных гвоздей.

Разбираемся в законах физики на примере удивительного эксперимента

Возьмите 1 килограмм ваты и 1 килограмм гвоздей. Взвесим их на весах. Что вы видите? Вата весит меньше, чем гвозди! Почему так происходит? Давайте разберемся!

Оказывается, вес предмета определяется не только его массой, но и другими факторами, такими как плотность и сила Архимеда. Сила Архимеда – это сила, которая действует на тело, погруженное в жидкость или газ. Она возникает из-за того, что тело вытесняет часть жидкости или газа, и на него действует сила, направленная вверх.

Теперь вернемся к нашему эксперименту. Когда мы взвешиваем 1 кг ваты и 1 кг железа, мы не учитываем силу Архимеда. Ведь вата состоит из большого количества волокон, которые занимают большой объем.

В результате, 1 кг ваты имеет больший объем, чем 1 кг железа. И поскольку на более объемное тело действует большая сила Архимеда, то 1 кг ваты будет казаться легче 1 кг железа.

Таким образом, ответ на вопрос, почему 1 кг ваты кажется легче 1 кг железа, заключается в том, что на вату действует большая сила Архимеда из-за ее большего объема.

Итак, мы выяснили, что вес предмета зависит от многих факторов, таких как масса, плотность и сила Архимеда. И зная эти законы физики, мы можем объяснить, почему 1 кг ваты кажется легче 1 кг железа или 1 кг воды.

Приводим доказательство

Дано:
m1 = m2 = m = 1 кг — масса ваты и масса гвоздей;
ρв = 50…100 кг/м^3 — плотность ваты;
ρг = 7800 кг/м^3 — плотность гвоздей.
Требуется определить, насколько легче вата по сравнению с гвоздями.

Решение:
Известно, что вес тела – это сила, с которой тело действует на опору или подвес. На неподвижное тело, находящееся на горизонтальной поверхности, действует сила тяжести, сила реакции опоры.

Кроме того, на тело, погруженное в воздух, действует выталкивающая (архимедова) сила, равная весу вытесненного воздуха.

Поскольку воздух имеет определенную плотность, то на тело действует сила, равная произведению плотности воздуха на ускорение свободного падения на объем тела:

Fа = ρвоздух·g·V,
где ρвоздух — плотность воздуха; g — ускорение свободного падения; V — объем тела.

Объем тела массой m и плотностью ρ определяется по формуле:
V = m/ρ.

Объем ваты Vв = 1/100 = 0,01 м³

Объем гвоздей Vг = 1/7800 = 0,000128 м³

Вес тела будет равен:

P=mg – Fа

Для ваты:

Pв = g*(m – ρвоздух*Vвата) = 9,8*(1 – 1,26*0,01) = 9,6765 Н

Для гвоздей:

Pг = g*(m – ρвоздух*Vг) = 9,8*(1 – 1,26*0,000128) = 9,7984 Н

Следует, что Pг>Pв