4.2.15∗. Как зависит сила, прижимающая друг к другу два одинаковых полуцилиндра плавающего батискафа, от глубины его погружения $H$, если он плавает на поверхности жидкости так, как это показано на рисунках а и б? Радиус батискафа $R$, длина $L$, плотность жидкости $ρ$.
К задаче $4.2.15$
Решение
Общая формула давления на малой площади: $$dF = p(h)ds \space\space\space (1)$$ а) Нам нужно найти и просуммировать силы, действующие на малые участки цилиндра $$ds = 2\pi{}Rdh \space\space\space (2)$$ Давление будет находится: $$p(h) = ρgh\space\space\space (3)$$ Подставляем выражения $(2)$ и $(3)$ в выражение $(1)$: $$dF = 2\pi{}Rρghdh\space\space\space (4)$$ Интегрируем выражение $(4)$. Правую сторону интегрируем от $0$ до $H + \frac{L}{2}$: $$F = 2\pi{}Rρg\int{hdh} = \pi{}Rρg(H + \frac{L}{2})^2\space\space\space (5)$$ б) Аналогично находим небольшую площадь: $$ds = Ldh\space\space\space (6)$$ Подставляем выражения $(6)$ и $(3)$ в выражение $(1)$ и проинтегрируем от $0$ до $R+H$: $$F = ρgL\int{hdh} = \frac{1}{2}ρgL(R + H)^2\space\space\space (7)$$