Номер 8, страница 146 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

8. Почему айсберги не тонут?

Айсберги не тонут, потому что лед, из которого они состоят, имеет меньшую плотность, чем вода, в которой они плавают. Это уникальное свойство воды, так как большинство веществ в твердом состоянии плотнее, чем в жидком.

Рассмотрим это явление с точки зрения физики.

1. Плотность льда и воды. Когда вода замерзает, ее молекулы $H_2O$ образуют упорядоченную кристаллическую решетку. Из-за особенностей водородных связей между молекулами в этой решетке образуются пустоты, и расстояние между молекулами в среднем становится больше, чем в жидкой воде. В результате объем воды при замерзании увеличивается примерно на 9%, а плотность, соответственно, уменьшается. Плотность пресного льда составляет примерно $\rho_{льда} \approx 917 \text{ кг/м}^3$, в то время как плотность морской соленой воды, в которой обычно плавают айсберги, составляет в среднем $\rho_{воды} \approx 1025 \text{ кг/м}^3$.

2. Закон Архимеда. Согласно закону Архимеда, на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила (сила Архимеда), равная весу жидкости, вытесненной телом. Тело плавает на поверхности, если эта выталкивающая сила уравновешивает силу тяжести, действующую на тело.

Условие плавания айсберга можно записать как равенство его веса $P$ и выталкивающей силы Архимеда $F_A$:
$P = F_A$
Вес айсберга равен $P = m_{льда} \cdot g = \rho_{льда} \cdot V_{общий} \cdot g$, где $V_{общий}$ — это полный объем айсберга.
Сила Архимеда равна $F_A = m_{воды} \cdot g = \rho_{воды} \cdot V_{погруж} \cdot g$, где $V_{погруж}$ — это объем погруженной (подводной) части айсберга.

Приравнивая эти две силы, получаем:
$\rho_{льда} \cdot V_{общий} \cdot g = \rho_{воды} \cdot V_{погруж} \cdot g$
Сократив $g$, мы можем найти, какая часть айсберга находится под водой:
$\frac{V_{погруж}}{V_{общий}} = \frac{\rho_{льда}}{\rho_{воды}}$

Подставив числовые значения для льда и морской воды, получим:
$\frac{V_{погруж}}{V_{общий}} = \frac{917 \text{ кг/м}^3}{1025 \text{ кг/м}^3} \approx 0.895$
Это означает, что около 89.5%, или почти 9/10 объема айсберга, находится под водой. Видимая надводная часть — это лишь "верхушка айсберга", составляющая около 10% от его общей массы и объема.

Таким образом, поскольку плотность льда меньше плотности воды, выталкивающей силы достаточно, чтобы удержать айсберг на плаву, не давая ему утонуть.

Ответ: Айсберги не тонут, так как плотность льда, из которого они состоят, меньше плотности окружающей их морской воды. Согласно закону Архимеда, это создает достаточную выталкивающую силу, которая уравновешивает вес айсберга и позволяет ему плавать на поверхности.