Известно, что плотность воды больше плотности водяного льда (ведь лед плавает по поверхности воды, значит он "легче" воды, т.е. плотность льда меньше плотности воды).
В полной, плотно закрытой бочке вода массой M_в, плотностью ρ_в объем воды равен объему бочки Vб.
Т.о объем воды V_в:
V_в=V_б=M_в/ρ_в
Вода замерзает. Масса льда равна массе воды (по закону сохранения вещества масса никуда деваться не может!) Объем льда V_л:
V_л=M_в/ρ_л
Ну, а теперь немного алгебры:
т.к. ρ_в > ρ_л, то
M_в/ρ_в < M_в/ρ_л, значит
V_л > V_в
Но V_в=V_б, значит V_л>V_б.
Объем льда больше объема бочки. Значит вода, превращаясь в лед просто разорвет бочку на части!
Есть готовая формула: подставляешь и считаешь, с учётом, что угол 60 град - угол между пластиной и лучом, тогда угол падения - 30 градусов. x=h*sina*{1-[(1-(sina)^2)/(n^2-(sina)^2]^(1/2)} h=x/sina*{1-[(1-(sina)^2)/(n^2-(sina)^2]^(1/2)} h - толцина стекляной пластины x - смещение луча после прохождение пластины sina - синус угла падения n - показатель преломления h= 0,020/{sin30*{1-[(1-(sin30)^2)/(2,25-(sin30)^2]^(1/2)}}=0,020/{1/2*{1-[(1-0,25)/(2,25-0,25)]^(1/2)=0,08*2^(1/2)/(2*2^(1/2)-3^(1/2))=0,103 м=10 см Конечно же эту задачу можно решить без этой общей формулы. Проблема как объйснить рисунок? Попробую. 1) Сначала находить угол преломления в пластине по второму закону преломления света: sin30/sinb=1,5 sinb=1/3 2) преломлённый луч, проходя через пластину с перпендикуляром, поставленным в точку падения луча образует прямоугольный треугльник. Из него выражаем длину преломлённого луча (это гипотенуза) h=l*cosb=l*[1-(sinb)^2]^(1/2)=l*(1-1/9)^(1/2)=l*2*2^(1/2)/3 (*) Нарисовалась проблема найти длину этого луча (гипотенузы. 3)проводим в стекляной пластине луч, который бы не преломился. Луч проеломлённый и непреломлённый образовывают тоже треугольник. "Смещение" на 20 мм это кратчайшее расстояние между этими двумя лучами, т.е. перпендикуляр. Получится прямоугольный треугольник: его гипотезу это наша l, один катет - смещение 20 мм, второй катет - часть непреломившегося луча. 4) в новом треугольнике выражаем смещение х x=l*sin(30-b)=l*(sin30*cosb-cos30*sinb)=l*(0,5*conarcsin(1/3)-3^(1/2)*sinarcsin(1/3)) есть две штучки: первая не такая страшная: sinarcsin(1/3)=1/3 со второй интереснее: нужно из синуса сделать косинус, чтобы найти арккосинус: sinb=1/3 (1-(cosb)^2)^(1/2)=1/3 1-(cosb)^2=1/9 (cosb)^2=8/9 cosb=2*2^(1/2)/3 x=l*(2*2^(1/2)-3^(1/2))/6 l=0,020/ 2*2^(1/2)-3^(1/2))/6 (**) Остаётся формулу 2 звёздочки подставить в формулу 1 звёздочка и получим тот же ответ: 10 см.
Лед разорвет бочку на части!
Объяснение:
Известно, что плотность воды больше плотности водяного льда (ведь лед плавает по поверхности воды, значит он "легче" воды, т.е. плотность льда меньше плотности воды).
В полной, плотно закрытой бочке вода массой M_в, плотностью ρ_в объем воды равен объему бочки Vб.
Т.о объем воды V_в:
V_в=V_б=M_в/ρ_в
Вода замерзает. Масса льда равна массе воды (по закону сохранения вещества масса никуда деваться не может!) Объем льда V_л:
V_л=M_в/ρ_л
Ну, а теперь немного алгебры:
т.к. ρ_в > ρ_л, то
M_в/ρ_в < M_в/ρ_л, значит
V_л > V_в
Но V_в=V_б, значит V_л>V_б.
Объем льда больше объема бочки. Значит вода, превращаясь в лед просто разорвет бочку на части!