До сих пор мы рассматривали только такие тела, которые состоят из одного вещества. Теперь рассмотрим опыт, в котором есть тело, состоящее из нескольких веществ. Нам понадобятся сосуды со спиртом, водой и раствором соли; возьмём также куриное яйцо и кубик льда. Опустим их сначала в спирт. И лёд, и яйцо утонут. Переложим тела в воду. Яйцо утонет, а лёд будет плавать. В растворе соли оба тела будут плавать.
Для объяснения результатов опыта воспользуемся числовой прямой. Взгляните: на ней отмечены плотности всех веществ и тел, использованных в опыте. Мы видим, что плотность льда больше плотности спирта, и в нём лёд тонет. Однако плотность льда меньше плотности воды и раствора соли, и в них лёд плавает.
На прямой мы отметили и «плотность яйца» – около 1050 кг/м3. Это – средняя плотность яйца, поскольку оно состоит из нескольких веществ (белка, желтка и скорлупы). Средняя плотность яйца больше плотности воды, но меньше плотности раствора соли. Поэтому в воде яйцо тонет, а в растворе соли – нет.
По результатам опыта сформулируем обобщение: если средняя плотность тела больше плотности жидкости, то это тело в ней тонет; если же средняя плотность тела меньше плотности жидкости, то это тело в ней всплывает.
Средняя плотность тела вычисляется по той же формуле, что и плотность вещества, изученная в § 2-в. Однако, в отличие от плотности вещества, числовое значение средней плотности тела не показывает массу единицы объёма тела. Например, средняя плотность яйца 1050 кг/м3 или, в более удобных единицах, – 1,05 г/см3. Однако из этого не следует, что масса каждого 1 см3 яйца будет 1,05 г. Это – усреднённое значение.
Красивое явление – айсберг, плавающий в океане. Однако знаете ли вы, что нашему взору предстаёт лишь 1/10 часть всего айсберга, а 9/10 скрыто водой? Но если же в воде будет плавать бревно, то оно будет погружено примерно до половины – взгляните на рисунок. Почему же вода скрывает от нас только половину бревна, а айсберг – почти целиком?
Вспомним, что плотность льда составляет 900 кг/м3, а плотность древесины – около 500 кг/м3 в зависимости от её породы и влажности. Представим эти числа графически – в виде так называемой столбчатой диаграммы.
Длина столбика «древесина» составляет половину (то есть 1/2 часть) от длины столбика «вода». Аналогично, длина столбика «лёд» составляет 9/10 от длины столбика «вода». Другими словами, средняя плотность древесины составляет 1/2 от плотности воды, а льда – 9/10 от той же плотности.
Из этих рассуждений можно сформулировать обобщение: внутри жидкости находится такая доля плавающего тела, какую составляет его средняя плотность от плотности окружающей тело жидкости.
Эта закономерность широко применяется в технике для прямого измерения плотности жидкости прибором ареометр. Рисунок этого прибора вы видите на первой странице, открывающей эту тему. Ареометр – это стеклянный поплавок со шкалой вверху и свинцовой дробью внизу. От объёма корпуса и массы дроби зависит средняя плотность ареометра. В зависимости от плотности окружающей жидкости меняется погруженная доля ареометра и его шкалы. По уровню жидкости на шкале мы и определяем её плотность.
