Какой груз потребуется, чтобы удержать под водой 250 кубометров нефти в специальной оболочке массой

Ответы на вопрос

Отвечает Кривошея Максим.

Чтобы ответить на этот вопрос, давай разберёмся с физикой процесса. Нам нужно выяснить, какой груз потребуется, чтобы удержать под водой заполненную нефтью оболочку объёмом 250 кубических метров, при этом масса самой пустой оболочки составляет 4 тонны.

Шаг 1: Понимание условий задачи

Объём нефти: 250 м³
Масса пустой оболочки: 4 тонны = 4000 кг
Оболочка полностью заполнена нефтью
Нужно рассчитать массу груза, который требуется, чтобы всё это не всплыло.

Шаг 2: Силы, действующие на объект

На объект, находящийся в воде, действуют две основные силы:

Сила Архимеда (выталкивающая) — равна весу вытесненной воды.
Сила тяжести — равна весу оболочки вместе с нефтью и грузом.

Чтобы удержать объект под водой, нужно, чтобы:

Сила тяжести ≥ Сила Архимеда

Шаг 3: Рассчитаем выталкивающую силу (сила Архимеда)

Сила Архимеда = плотность воды × объём вытесненной воды × ускорение свободного падения

Предположим, что вода — морская, её плотность примерно 1025 кг/м³ (немного больше, чем у пресной воды).

Объём вытесненной воды равен объёму оболочки — 250 м³.

F_{архимеда} = 1025 \cdot 250 \cdot 9.81 = 2,514,562.5 \text{ Н}

Шаг 4: Рассчитаем силу тяжести от оболочки с нефтью

Для этого нужно знать плотность нефти. В среднем плотность нефти — 850 кг/м³ (может варьироваться, но это типичное значение).

Масса нефти:

m_{\text{нефть}} = 850 \cdot 250 = 212,500 \text{ кг}

Общая масса (нефть + оболочка):

m_{\text{общая}} = 212,500 + 4,000 = 216,500 \text{ кг}

Сила тяжести:

F_{\text{тяжести (без груза)}} = 216,500 \cdot 9.81 = 2,123,865 \text{ Н}

Шаг 5: Найдём недостающую силу, чтобы уравновесить Архимедову

Разница между выталкивающей силой и силой тяжести — это та сила, которую должен обеспечить дополнительный груз:

F_{\text{недостающая}} = 2,514,562.5 - 2,123,865 = 390,697.5 \text{ Н}

Чтобы найти массу груза:

m_{\text{груз}} = \frac{F}{g} = \frac{390,697.5}{9.81} ≈ 39,820 \text{ кг}

✅ Ответ:

Чтобы удержать под водой оболочку, заполненную 250 м³ нефти, потребуется груз массой примерно 39,820 кг, или около 39.8 тонн.

Это при условии, что:

Плотность нефти — около 850 кг/м³
Морская вода — 1025 кг/м³
Ускорение свободного падения — 9.81 м/с²

Если плотности будут другими, результат немного изменится.

Какой груз потребуется, чтобы удержать под водой 250 кубометров нефти в специальной оболочке массой 4 тонны, если она полностью заполнена нефтью?