Для ответа на этот вопрос необходимо учитывать основные законы гидростатики, в частности зависимость гидростатического давления от плотности жидкости и высоты столба жидкости.
Гидростатическое давление ( P ) на дно сосуда определяется формулой:
[ P = \rho g h ]
где:
- ( \rho ) — плотность жидкости,
- ( g ) — ускорение свободного падения (приблизительно ( 9.81 \, \text{м/с}^2 )),
- ( h ) — высота столба жидкости.
Теперь рассмотрим два сосуда с водой и керосином.
Вода:
- Масса воды ( m = 0.5 \, \text{кг} ).
- Плотность воды ( \rho_{\text{вода}} \approx 1000 \, \text{кг/м}^3 ).
Керосин:
- Масса керосина ( m = 0.5 \, \text{кг} ).
- Плотность керосина ( \rho_{\text{керосин}} \approx 800 \, \text{кг/м}^3 ).
Для обоих жидкостей объем можно вычислить, используя формулу объема:
[ V = \frac{m}{\rho} ]
Объем воды:
[ V_{\text{вода}} = \frac{0.5 \, \text{кг}}{1000 \, \text{кг/м}^3} = 0.0005 \, \text{м}^3 ]
Объем керосина:
[ V_{\text{керосин}} = \frac{0.5 \, \text{кг}}{800 \, \text{кг/м}^3} = 0.000625 \, \text{м}^3 ]
Поскольку сосуды цилиндрические и одинаковые, их площади основания ( S ) также одинаковы. Высота столба жидкости ( h ) связана с объемом и площадью основания:
[ h = \frac{V}{S} ]
Отношение давлений на дно сосудов можно найти, используя отношение давлений для каждой жидкости:
[ \frac{P{\text{вода}}}{P{\text{керосин}}} = \frac{\rho{\text{вода}} g h{\text{вода}}}{\rho{\text{керосин}} g h{\text{керосин}}} ]
Сначала подставим высоты столбов жидкостей:
[ h{\text{вода}} = \frac{0.0005 \, \text{м}^3}{S} ]
[ h{\text{керосин}} = \frac{0.000625 \, \text{м}^3}{S} ]
Теперь подставим эти значения в формулу:
[ \frac{P{\text{вода}}}{P{\text{керосин}}} = \frac{\rho{\text{вода}} \cdot \frac{0.0005}{S}}{\rho{\text{керосин}} \cdot \frac{0.000625}{S}} ]
Сокращаем ( S ):
[ \frac{P{\text{вода}}}{P{\text{керосин}}} = \frac{\rho{\text{вода}} \cdot 0.0005}{\rho{\text{керосин}} \cdot 0.000625} ]
Подставляем плотности:
[ \frac{P{\text{вода}}}{P{\text{керосин}}} = \frac{1000 \cdot 0.0005}{800 \cdot 0.000625} ]
Вычисляем:
[ \frac{P{\text{вода}}}{P{\text{керосин}}} = \frac{0.5}{0.5} = \frac{5}{4} = 1.25 ]
Таким образом, отношение давлений воды и керосина на дно сосудов равно 1.25. Это означает, что давление воды на дно сосуда на 25% больше, чем давление керосина.