Оглавление:
Другими словами, сила Архимеда равна изменению веса тела:Fарх – архимедова сила, Н DWт – изменение веса тела, НЭта формула выражает способ измерения архимедовой силы: нужно дважды измерить вес тела и вычислить его изменение. Полученное значение равно силе Архимеда.Для вывода следующей формулы проделаем опыт с прибором «ведёрко Архимеда». Основные его части следующие: пружина со стрелкой 1, ведёрко 2, тело 3, отливной сосуд 4, стаканчик 5.Сначала пружину, ведёрко и тело подвешивают к штативу (рис. «а») и отмечают положение стрелки жёлтой меткой.
Затем тело помещают в отливной сосуд. По мере погружения тело вытесняет некоторый объём воды, который сливается в стаканчик (рис. «б»). Вес тела становится меньше, пружина сжимается, и стрелка поднимается выше жёлтой метки.Перельём воду, вытесненную телом, из стаканчика в ведёрко (рис.
«в»). Самое удивительное в том, что когда вода будет перелита
Но вес тела в жидкости меньше веса того же тела в воздухе на величину, равную выталкивающей силе.
Поэтому окончательный вывод, к которому мы приходим, можно сформулировать следующим образом: Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости, вытесненной этим телом. Этот закон был открыт Архимедом и потому носит его имя — закон Архимеда.
(Точно так же давление столба жидкости на дно сосуда не зависит от того, из какого материала изготовлено дно этого сосуда.)
На Луне она будет вшестеро, а на Марсе – в 2,5 раза меньше, чем на Земле.В невесомости архимедовой силы нет. Если представить себе, что сила тяжести на Земле вдруг пропала, то все корабли в морях, океанах и реках от малейшего толчка уйдут на любую глубину. А вот подняться вверх им не даст не зависящее от силы тяжести поверхностное натяжение воды, так что взлететь они не смогут, все потонут.
Величина архимедовой силы зависит от объема погруженного тела и плотности среды, в которой оно находится. Его точная формулировка в современном представлении: на погруженное в жидкую или газовую среду тело в поле силы тяжести действует выталкивающая сила, в точности равная весу вытесненной телом среды, то есть F = ρgV, где F – сила Архимеда; ρ – плотность среды; g – ускорение свободного падения; V – объем вытесненной телом или погруженной его частью жидкости (газа).Если в пресной воде на каждый литр
Так, например, закон Архимеда нельзя применить к кубику, который лежит на дне резервуара, герметично касаясь дна.
Что касается тела, которое находится в газе, например в воздухе, то для нахождения подъёмной силы нужно заменить плотность жидкости на плотность газа. Например, шарик с гелием летит вверх из-за того, что плотность гелия меньше, чем плотность воздуха. можно объяснить при помощи разности на примере прямоугольного тела.
где PA, PB — давления в точках A и B, ρ — плотность жидкости, h — разница уровней между точками A и B, S — площадь горизонтального поперечного сечения тела, V — объём погружённой части тела.
В теоретической физике также применяют закон Архимеда в интегральной форме:
, где
— площадь поверхности,
— давление в произвольной точке, интегрирование производится по всей поверхности тела. В отсутствие гравитационного поля, то есть в состоянии , закон Архимеда не работает.
Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало – нужно было определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита, и определить, чистое ли это золото.
Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну – и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся.
Однако, что правда – то правда: именно Архимед открыл принцип плавучести. Если твердое тело погрузить в жидкость, оно вытеснит объем жидкости, равный объему погруженной в жидкость части тела.
То есть, вес тела увеличивал давление на воду, а выталкивающая сила оставалась прежней.Когда же вес тела превысил величину выталкивающей силы, то кораблик под действием этой силы опустился на дно.
То есть, существует выталкивающая сила, одинаковая для конкретного тела, но разная для различных тел.Выталкивающая сила, она же сила Архимеда, действующая на тело, погружённое в жидкость, равна весу жидкости, вытесненной этим телом.
Кирпич, как всем известно, пойдет на дно в любом случае, а вот деревянная дверь не только будет плавать на поверхности, но и может еще удержать пару пассажиров. Сила эта и называется архимедовой силой и выражается формулой:Fвыт = g*mж = g* ρж * Vж = Pж,где mж – это масса жидкости,а Pж – вес вытесненной телом жидкости.А так как масса у нас равна: mж = ρж* Vж, то из формулы архимедовой силы мы видим, что она не зависит от плотности
Под действием этих сил тело может двигаться. Существует три условия плавания тел:
Эти условия можно записать для плотности жидкости и тела:
Кит, хотя и живет в воде, но дышит легкими.
Несмотря на наличие легких, кит не проживет и часа, если случайно окажется на суше.
Почему же вы не плаваете в воздухе, а воздушный шар плавает? Чтобы найти ответ на этот вопрос, решим задачу.
Каким должен быть объем воздушного шара, чтобы действующая на него сила Архимеда была равна силе тяжести, действующей на человека массой 70 кг?
Это — объем комнаты, причем довольно большой! Итак, огромные размеры воздушных шаров объясняются малой плотностью воздуха.
Она примерно в 800 раз меньше плотности воды, поэтому для возникновения одной и той же силы Архимеда вытесненный объем воздуха должен быть примерно в 800 раз больше, чем вытесненный объем воды.
Чем наполняют воздушные шары? Большого объема еще недостаточно для того, чтобы воздушный шар плавал в воздухе. Чтобы выталкивающая сила уравновешивала силу тяжести, надо, чтобы воздушный шар имел еще и достаточно малую массу, поскольку шар (вместе с корзиной и пассажирами) должен весить столько же, сколько и воздух такого же объема.
Поэтому воздушный шар надо наполнять газом, имеющим меньшую плотность, чем окружающий воздух.
Что стало дальше с нечестным ювелиром, история умалчивает, но умозаключение сиракузского ученого легло в основу одного из важнейших законов физики, который известен нам, как закон Архимеда.Результаты своих опытов Архимед изложил в труде «О плавающих телах», который, к сожалению, дошел до наших дней лишь в виде отрывков.
Современная физика закон Архимеда описывает, как совокупную силу, действующую на тело, погруженное в жидкость.
Выталкивающая сила тела в жидкости направлена вверх; ее абсолютная величина равна весу вытесненной жидкости.Любой предмет, погруженный в жидкость, испытывает на себе силы давления. В каждой точке поверхности тела данные силы направлены перпендикулярно поверхности тела.
Если бы эти они были одинаковы, тело испытывало бы только сжатие. Но силы давления увеличиваются пропорционально глубине, поэтому нижняя поверхность тела испытывает больше сжатие, чем верхняя.