Сосуд с водой подвешен на невесомой, нерастяжимой нити, пропущенной через систему лёгких блоков. К среднему блоку подвешен кубик объема V, наполовину погруженный в воду. Система находится в равновесии, масса сосуда вместе с водой равна M, плотность воды равна Найдите массу кубика.
Запишем условия равновесия системы. Обозначим неизвестную массу кубика за m, а силу натяжения нити, пропущенной через все 3 блока за T (см. рисунок). На кубик действуют сила тяжести F1 = mg, сила натяжения нити T1 = 2T со стороны подвижного блока вверх, сила Архимеда вверх. Их равнодействующая должна быть равна нулю, то есть Выражая силы через параметры задачи, получаем первое условие равновесия:
На сосуд с водой действуют суммарная сила тяжести F2 = Mg вниз, суммарная сила натяжения T2 = T + T от боковых нитей вверх, сила, противодействующая силе Архимеда вниз. Понять, что сила Архимеда действует и на сосуд с водой, но в обратную сторону, можно из третьего закона Ньютона или из того факта, что уровень воды в сосуде повышается, увеличивая давление на дно. Снова приравниваем равнодействующую к нулю и получаем второе условие равновесия:
Правые части полученных условий равновесия равны, значит, равны и левые, тогда:
Ответ: