Айсберг имеет воздушную полость внутри или он сплошной? Иллюстрациями с указанием сил, действующих на айсберг

Айсберг имеет воздушную полость внутри. Причина этого заключается в процессе образования айсберга. Прежде чем стать айсбергом, он формируется из пресной воды, которая замерзает в океане или море. В процессе замерзания вода превращается во льдушку и образует много мелких воздушных пузырьков. Поэтому, когда вода замерзает, внутри образующегося льда сохраняется воздушная полость.

Чтобы проиллюстрировать, почему айсберг плавает на воде и погружается только на 4/5 своего объема, нам понадобится знание о плавучести и принципе Архимеда.

Принцип Архимеда гласит, что на тело, погруженное в жидкость, действует со стороны жидкости всплывающая сила, которая равна весу вытесненной жидкости. Если вес тела меньше веса вытесненной им жидкости, оно будет оставаться на поверхности жидкости и плавать.

В нашем случае, плавать ли айсберг или нет, будет зависеть от величины силы Архимеда (всплывающей силы) и силы тяжести, действующей на айсберг.

Первым шагом определим вес айсберга. Для этого умножим его объем на плотность льда:
\[V_{\text{айсберга}} = \frac{4}{5}V_{\text{льда}}\],
\[V_{\text{айсберга}} = \frac{4}{5} \cdot \frac{m_{\text{айсберга}}}{\rho_{\text{льда}}} = \frac{4}{5} \cdot \frac{m_{\text{айсберга}}}{900 \, \text{кг/м}^3}\].

Здесь \(m_{\text{айсберга}}\) - масса айсберга.

Теперь определим вес вытесненной айсбергом воды. Для этого умножим его объем на плотность воды:
\[V_{\text{воды}} = \frac{m_{\text{айсберга}}}{\rho_{\text{воды}}} = \frac{m_{\text{айсберга}}}{1000 \, \text{кг/м}^3}\].

Сила Архимеда равна весу вытесненной воды и может быть вычислена следующим образом:
\[F_{\text{Arh}} = g \cdot V_{\text{воды}}\],
где \(g\) - ускорение свободного падения (примем его равным 9.8 м/с²).

Зная, что айсберг плавает, получаем следующее уравнение равновесия:
\[F_{\text{Arh}} = F_{\text{тяж}}\],
\[g \cdot V_{\text{воды}} = m_{\text{айсберга}} \cdot g\],
\[V_{\text{воды}} = m_{\text{айсберга}}.\]

Подставив выражение для объема воды получим:
\[\frac{m_{\text{айсберга}}}{1000 \, \text{кг/м}^3} = m_{\text{айсберга}}.\]

Решая это уравнение, найдем массу айсберга:
\[m_{\text{айсберга}} = \frac{1000 \, \text{кг/м}^3}{999 \, \text{кг/м}^3}.\]

Таким образом, айсберг плавает, погрузившись в воду на 4/5 своего объема, при условии, что плотность льда равна 900 кг/м³, а плотность воды равна 1000 кг/м³. Вместе с тем, воздушная полость внутри айсберга играет важную роль, уменьшая его общую плотность и позволяя ему оставаться на поверхности воды. Иллюстрация, показывающая действие сил, приведена ниже:

\[
\begin{array}{c}
\text{ } \\
\includegraphics[scale=0.4]{iceberg.png}
\end{array}
\]

На иллюстрации видно, что воздушная полость внутри айсберга уменьшает его плотность и создает поддерживающую силу Архимеда, превышающую силу тяжести, что позволяет айсбергу плавать.