$\mathbf{a})$

 Uzasadnienie: 

Naszym zadaniem jest określenie jakie siły działają na tratwę i jak są zwrócone oraz jaka jest wartość siły wypadkowej działającej na tratwę.

Na tratwę unoszącą się nieruchomo na wodzie (spoczywającą) działają dwie główne siły: siła ciężkości zwrócona pionowo w dół oraz siła wyporu skierowana pionowo w górę. Skoro tratwa jest nieruchoma to zgodnie z I zasadą dynamiki Newtona działające siły na tratwę się równoważą, zatem siła ciężkości co do wartości jest równa sile grawitacji.

Siła wypadkowa: ponieważ tratwa jest nieruchoma i znajduje się w stanie równowagi, siła wypadkowa działająca na tratwę wynosi $0\text{N}$. Oznacza to, że siła wyporu równoważy dokładnie siłę grawitacji, co powoduje, że tratwa unosi się stabilnie na powierzchni wody.

 Odpowiedź: 

Na tratwę działają dwie siły: w dół siła ciężkości oraz siła wyporu do góry. Wartość siły wypadkowej działającej na tratwę wynosi 0 N.

 

$\mathbf{b})$

Dane:

▶ masa tratwy: $m=1000\text{kg}$.

Rozwiązując to zadanie skorzystamy również z:

▶ wartość przyspieszenia ziemskiego: $g=10\frac{\text{m}}{{\text{s}}^2}$.

Szukane:

▶  ciężar tratwy: $F_c=?$

Rozwiązanie

Naszym zadaniem jest obliczenie ciężaru (siły ciężkości) tratwy. 

Wartość siły ciężkości możemy obliczyć za pomocą wzoru:

$F_c=mg$ 

gdzie:

$F_c$ - wartość siły ciężkości,

$m$ - masa ciała, 

$g$ - wartość przyspieszenia ziemskiego. 

Podstawiamy i obliczamy:

$F_c=1000\text{kg}\cdot 10\frac{\text{m}}{{\text{s}}^2}=10000\text{N}$

Odpowiedź: Ciężar tratwy wynosi 10 000 N. 

 

$\mathbf{c})$

 Uzasadnienie: 

Naszym zadaniem jest określenie jaka jest wartość siły wyporu działającej na tratwę.

Tratwa unosi się nieruchomo na wodzie, co oznacza, że jest w stanie równowagi. W stanie równowagi siła wyporu (siła działająca w górę) jest równa sile ciężkości (ciężarowi), która działa w dół - mówi o tym I zasada dynamiki Newtona.

Siła wyporu: zgodnie z prawem Archimedesa, siła wyporu jest równa ciężarowi wypartej przez tratwę objętości wody. Jeśli tratwa unosi się na powierzchni wody i nie tonie, to siła wyporu musi dokładnie równoważyć ciężar tratwy.

Dlatego, skoro ciężar tratwy wynosi 10 000 N, to siła wyporu również wynosi 10 000 N, co zapewnia równowagę i utrzymuje tratwę na powierzchni wody.

Odpowiedź: Siła wyporu ma wartość 10 000 N.