Закон Архимеда. Формула. Общие принципы.

   Закон Архимеда применим к жидкостям и газам, находящимся в статическом состоянии. А звучит он так: на тело, погруженное в жидкость, действует сила выталкивания равная весу жидкости вытесненной телом. То есть закон Архимеда применяется для определения плавучести тел. Итак от чего же эта плавучесть зависит. Вы скажете, что от веса тела. Это правда, но не вся. Вес тела, конечно, влияет на его плавучесть что очевидно. Тяжёлый камень тонет, а легкое перышко плавает. Но вес это не единственный параметр определяющий плавучесть тел.

Закон Архимеда
Формула 1 - Закон Архимеда.

   К примеру, сухогруз, везущий к нам дешёвые товары из Китая, весит о-го-го. Но вот почему-то товары к нам приезжают сухими. Итак, разберемся, почему же тела обладают плавучестью, для этого рассмотрим простой пример. В резервуар с жидкостью помещен куб. Жидкость и куб находятся в статическом состоянии, то есть ничего никуда не движется. Так как жидкость обладает весом, то с увеличением глубины давление увеличивается. Скажем, если литр воды весит 1 Кг. То если на голову поставить 5 литровую бутыль с водой на нее будет давить вес в 5 кг.

 

   Так как наш кубик обладает некоторой высотой, то выходит что столб воды находящийся над его верхней гранью, меньше столба воды давящего сверху на нижнюю грань. Столб воды давящий на нижнюю грань больше на высоту кубика столба давящего на верхнюю грань. Уточним, что давление в воде распространяется во все стороны, а не направлено только вниз. Следовательно, на нижнюю грань давит жидкость окружающая куб со всех сторон.

 

   На боковые грани вода также давит. Но давления слева и справа равны, так как грани находятся на одинаковой высоте. А направлено это давление, внутрь куба стремясь его сжать. На плавучесть оно никак не влияет.

Куб помещённый в жидкость
Рисунок 1 - Куб помещённый в жидкость.

   Итак, мы пришли к тому что, давление на нижнюю грань кубика больше чем давление на верхнюю часть. То есть вода на дно кубика давит сильнее, чем на верхушку соответственно жидкость выталкивает кубик наверх. Таким образом, и проявляется плавучесть тела.

 

 Итак, в наличии выталкивающей силы мы убедились, теперь хотелось бы определить ее величину. Если предположить что кубик имеет такую же плотность что и жидкость. А проще говоря, от кубика мы оставляем только контур заполненный водой и находящейся в воде. То этот контур всплывать не будет, хотя с увеличением глубины давление по-прежнему возрастает. Но возрастает не только выталкивающая сила, но и сила стремящаяся утопить кубик тоже возрастает, в итоге они друг друга уравновешивают.

 

    Но вот если плотность кубика будет меньше плотности окружающей жидкости то давление, создаваемое верхним столбом воды, будет меньше на объем воды, который вытесняет кубик. Соответственно сила выталкивания равна весу воды, которую вытесняет тело.

 

 В случае если плотность тела будет больше плотности воды, то тело будет, опускается на дно резервуара. Так как топящая сила будет больше.

 

    Еще один интересный факт. Если тело, плотность которого меньше плотности жидкости, опущен на дно и плотно к нему прилегает, то всплыть оно не сможет, так как на него действует только топящая сила, приложенная к верхней поверхности. А со стороны дна действует только сила упругости, так как нет жидкости, контактирующей с нижне поверхностью, способной приложить силу выталкивания.

куб помещённый на дно резервуара
Рисунок 2 - куб помещённый на дно резервуара.
 
« Пред.   След. »