Два абсолютно одинаковых кубических бруска, соединённых очень тонким невесомым стержнем, плавают в сосуде, в котором находятся две несмешивающиеся жидкости с разными плотностями ρ1<ρ2, как показано на рисунке 1. Сосуд встряхнули, так что бруски изменили положение и установились в равновесии, как показано на рисунке 2. После установления равновесия некоторая доля объёма каждого из брусков оказалась погружена в жидкость с плотностью ρ2.
Найдите значение этой доли объёма брусков. Ответ выразите в виде десятичной дроби и округлите до десятых.


Задача решается при помощи принципа Архимеда. Этот принцип гласит: равное давление на одном уровне в жидкости при погружении тела в жидкость обусловлено одинаковыми плотностями, действующими на этом уровне.
Условием в этой задаче является то, что плотности жидкостей различны: ρ1 < ρ2. Это означает, что жидкость с плотностью ρ2 будет иметь большее давление по сравнению с жидкостью с плотностью ρ1. Таким образом, при погружении тела в жидкость с плотностью ρ2 будет оказываться большее давление для поддержания равновесия.
Отсюда мы можем предположить, что бруски будут установлены таким образом, что некоторая доля их объёма будет погружена в жидкость с плотностью ρ2.
Давайте рассмотрим несколько трёхмерных схем для понимания решения данной задачи, как показано на рисунках 3-5.
На рисунке 3 показан первоначальный положение брусков в жидкости. На рисунке 4 нарисовано равновесие брусков с частью их объёма погруженной в жидкость с плотностью ρ2. На рисунке 5 показано равновесие, в котором весь объём одного из брусков является погруженным в жидкость с плотностью ρ2.
Таким образом, мы можем предположить, что при равновесии брусков часть их объёма будет погружена в жидкость с плотностью ρ2. Значение этой доли можно найти путём равномерного распределения давления по поверхности брусков.
Давление на поверхности брусков будет равно:
P1 = P2 = ρ1gH
где P1 и P2 — давление на поверхности брусков, ρ1 — плотность первой жидкости, g — ускорение свободного падения, H — высота поверхности жидкости.
В равновесии давление на поверхности жидкости равно:
P3 = ρ2gH
где P3 — давление на поверхности жидкости, ρ2 — плотность второй жидкости.
Таким образом, доля объёма брусков, погруженная в жидкость с плотностью ρ2, будет равна отношению давления на поверхности жидкости к давлению на поверхности брусков:
V2/V1 = P3/P1 = ρ2/ρ1
Ответ: 0,5