Меню

Давление жидкости на тело погруженное в жидкость пропорционально

Закон Архимеда

Закон Архимеда – закон статики жидкостей и газов, согласно которому на погруженное в жидкость (или газ) тело действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме тела.

Тот факт, что на погруженное в воду тело действует некая сила, всем хорошо известен: тяжелые тела как бы становятся более легкими – например, наше собственное тело при погружении в ванну. Купаясь в речке или в море, можно легко поднимать и передвигать по дну очень тяжелые камни – такие, которые не удается можем поднять на суше; то же явление наблюдается, когда по каким-либо причинам выброшенным на берегу оказывается кит – вне водной среды животное не может передвигаться – его вес превосходит возможности его мышечной системы.

В то же время легкие тела сопротивляются погружению в воду: чтобы утопить мяч размером с небольшой арбуз требуется и сила, и ловкость; погрузить мяч диаметром полметра скорее всего не удастся. Интуитивно ясно, что ответ на вопрос – почему тело плавает (а другое – тонет), тесно связан с действием жидкости на погруженное в нее тело; нельзя удовлетвориться ответом, что легкие тела плавают, а тяжелые – тонут: стальная пластинка, конечно, утонет в воде, но если из нее сделать коробочку, то она может плавать; при этом ее вес не изменился.

Чтобы понять природу силы, действующей на погруженное тело со стороны жидкости, достаточно рассмотреть простой пример.

Для определения результирующей силы давления на поверхность тела нужно мысленно удалить из объема V данное тело и заполнить (мысленно) этот объем той же жидкостью. С одной стороны, есть сосуд с жидкостью, находящейся в покое, с другой стороны внутри объема V – тело, состоящее из данной жидкости, причем это тело находится в равновесии под действием собственного веса (жидкость тяжелая) и давления жидкости на поверхность объема V . Так как вес жидкости в объеме тела равен ρgV и уравновешивается равнодействующей сил давления, то величина ее равна весу жидкости в объеме V , т.е. ρgV .

Сделав мысленно обратную замену – поместив в объеме V данное тело и отметив, что эта замена никак не скажется на распределении сил давления на поверхность объема V , можно сделать вывод: на погруженное в покоящуюся тяжелую жидкость тело действуют направленная вверх сила (архимедова сила), равная весу жидкости в объеме данного тела.

Читайте также:  Не работает реле давления компрессор поршневой

Аналогично можно показать, что если тело частично погружено в жидкость, то архимедова сила равна весу жидкости в объеме погруженной части тела. Если в этом случае архимедова сила равна весу, то тело плавает на поверхности жидкости. Очевидно, что если при полном погружении архимедова сила окажется меньше веса тела, то оно утонет. Архимед ввел понятие «удельного веса» g , т.е. веса единицы объема вещества: g = ρg ; если принять, что для воды g = 1 , то сплошное тело из вещества, у которого g > 1 утонет, а при g будет плавать на поверхности; при g = 1 тело может плавать (зависать) внутри жидкости.

В заключение заметим, что закон Архимеда описывает поведение аэростатов в воздухе (в покое при малых скоростях движения).

Источник

Сила Архимеда. Почему не тонут корабли?

Каждый видел, как огромный, тяжеленный, металлический корабль плывет себе спокойно и даже не думает уходить под воду, а маленький гвоздик из того же метала, моментально тонет. Почему же такая несправедливость?

Все дело в выталкивающей Архимедовой силе . Она действует на тела, которые погружены в жидкость или газ. Такая сила будет направленна обратно от силы притяжения, действующей на тело.

А замечали, какими силачами вы становитесь в воде? Вы совершенно спокойно можете поднять взрослого человека. Все дело в том, что по закону Архимеда , тело, погруженное в жидкость, вытесняет ее в некотором количестве. И вес этой вытесненной жидкости будет равен потере веса тела.

Не каждый студент может себе позволить за семестр в ВУЗе отдать 100 000 ₽ . Но круто, что есть гранты на учебу. Грант-на-вуз.рф это возможность учиться на желанной специальности. По ссылке каждый получит бонус от 300 ₽ до 100 000 ₽ грант-на-вуз.рф

По легенде, Архимед додумался до этого, когда ему поручили разоблачить мастера, который делал золотую корону царю Гиерону. У царя появились сомнения насчет честности мастера, и того, что корона из чистого золота. Чтобы это выяснить, нужно было вычислить объем короны, чтобы можно было сравнить его с объемом золота той же массы, что и корона. Если они совпадут, то никакого обмана нет. Именно этими вычислениями и занимался Архимед. Но тогда с нахождением объема тел неправильной формы были проблемы. И Архимед начал ломать голову над тем, как же это сделать. Ответ пришел ему, когда он принимал в ванну. Он заметил, что при погружении тела в ванну с водой, часть воды вытесняется. Он смог применить этот метод к вычислению объема короны и тем самым разоблачил лжеца.

Читайте также:  Давление газа в трубе переменного сечения

Формула

Выведем формулу для вычисления силы Архимеда через, известную всем, формулу силы притяжения:

В этой формула m – масса тела, на которое действует сила притяжения, а g – ускорение свободного падения (9,8 м/с^2).

Если мы погрузим это тело в жидкость или газ, то на него начнет действовать вытесняющая сила Архимеда. Запишем ее в виде формулы:

Здесь указывается масса жидкости, которая вытесняется при погружении тела. Ее можно разложить на следующие составляющие:

Где ρ – плотность вытесненной жидкости, V – объем тела, вытесняющего эту жидкость.

Таким образом, формула для Архимедовой силы превращается в:

Почему же все-таки не тонут корабли?

Для начала разберемся, что влияет на положение тела в воде. На все тела на планете действует сила Земного притяжения. При погрузке в воду, на тело начинает действовать Архимедова сила, которая направлена в обратную сторону и может вытолкнуть тело из воды. Тут есть 3 варианта развития событий:

  1. Сила Архимеда больше силы притяжения. При таком раскладе тело будет выталкиваться из воды.
  2. Сила Архимеда равна силе притяжения. Тогда тело будет находиться в равновесии, в каком бы месте жидкости оно не оказалось
  3. Сила Архимеда меньше силы притяжения. Тогда тело пойдет ко дну.

Из формул силы притяжения и Архимедово силы, мы знаем, что соотношение этих сил будет зависеть от объема тела и плотности воды и тела. Так если плотность корабля будет меньше плотности воды, то Архимедова сила будет больше веса тела, и корабль не потонет. Корабли хоть и делают из металла, но внутри у них много воздуха, что делает плотность корабля меньше плотности воды. Та часть, которая находится под водой, занимает достаточно большой объем, чтобы Архимедова сила была больше силы притяжения. Поэтому корабль спокойно плавает по поверхности воды.

В случае с подводными лодками, существуют специальные камеры, для регулирования ее плотности. Чтобы совершить погружение, эти камеры заливаются водой, плотность становится больше, и соответственно лодка погружается под воду. Чтобы вернуться на поверхность, камеры заполняются сжатым воздухом.

Напоминаем про сервис грант-на-вуз.рф . Не упусти свой шанс изучать то, что тебе нравится. Ну или просто сэкономить на учебе. Ты точно получишь от 300 ₽ до 100 000 ₽, перейдя по ссылке грант-на-вуз.рф !

Спасибо, что прочитали статью. Не забывайте про подписку на канал, а также рекомендую почитать канал наших друзей:

Источник

Давление. Архимедова сила.

Если на тело действует сила и под действием этой силы тело деформируется, то эту силу часто называют силой давления. Роль силы давления может играть любая сила (вес тела, деформирующий опору; сила, прижимающая тело к какой-либо поверхности и т.д.). Скалярная физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением: .

Читайте также:  Какое давление в форсунках двигателя 238 турбо

Единица давления в СИ называется паскаль (Па), в честь французского физика и философа Б.Паскаля.

Единица давления в СИ называется паскаль (Па), в честь французского физика и философа Б. Паскаля. Давление равно 1 Па, если на поверхность тела площадью 1м 2 действует перпендикулярно ей сила 1 Н.

Архимедова (выталкивающая) сила.

1. Давление столба жидкости или газа.

, где S — площадь, h — высота столба жидкости или газа, ρ — плотность жидкости или газа.

Внимание! Давление столба жидкости или газа (гидростатическое давление) не зависит от формы сосуда.

2. Причины возникновения выталкивающей силы.

Fвыталкивающая=F2 — F1 — причина возникновения выталкивающей силы в разности сил (давлений) на разных глубинах.

Внимание! Эта формула применима всегда!

где ρ — плотность жидкости или газа,

V — объем погруженной части тела.

Т.к. m=ρV — масса жидкости, вытесненной телом, то Fвыт=FАрх.=mжg=Pж

На тело, погруженное в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (газа), вытесненной телом.

3. Вес тела, погруженного в жидкость или газ.

В состоянии покоя P=mg. Если тело погружено в жидкость или газ, тоP=P-FАрх — Pж

Тело, погруженное в жидкость или газ, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость.

4. Условия плавания тел.

Если:

  • FАрх >mg — тело всплывает, до тех пор, пока силы не уравновесятся.
  • FАрх

Источник

Adblock
detector