Для того чтобы ответить на вопрос, погрузится ли льдина целиком в воду, когда на нее встанет человек массой 50 кг, необходимо рассмотреть условия плавучести.
Плавучесть определяется Архимедовой силой, которая равна весу вытесненной льдиной воды. Льдина будет плавать, если суммарная масса льдины и человека меньше или равна массе воды, которую вытесняет льдина.
Определим объем и массу льдины:
Площадь льдины = 4 м².
Толщина льдины = 0,5 м.
Объем льдины = = = 2 м³.
Плотность льда ≈ 917 кг/м³ .
Масса льдины ( m{\text{льдина}} ) = ( \rho{\text{лед}} \times V_{\text{льдина}} ) = = 1834 кг.
Определим массу воды, вытесненную льдиной:
Плотность воды ≈ 1000 кг/м³.
Если льдина полностью погрузится, объем вытесненной воды ( V{\text{вода}} ) = объем льдины ( V{\text{льдина}} ) = 2 м³.
Масса вытесненной воды ( m{\text{вода}} ) = ( \rho{\text{вода}} \times V_{\text{вода}} ) = = 2000 кг.
Определим массу системы "льдина + человек":
Масса человека = 50 кг.
Суммарная масса ( m{\text{система}} ) = ( m{\text{льдина}} + m_{\text{человек}} ) = 1834 кг + 50 кг = 1884 кг.
Сравним массы:
Масса вытесненной воды, если льдина полностью погрузится = 2000 кг.
Суммарная масса системы "льдина + человек" = 1884 кг.
Поскольку суммарная масса системы меньше массы вытесненной воды , льдина с человеком на ней не погрузится полностью. Льдина будет плавать на поверхности воды, при этом часть льдины будет находиться под водой, а часть — над водой.