Arhimede forțează

Să facem un simplu experiment: luați o minge de cauciuc slab umflată și o "turnați" în apă. Dacă adâncimea de imersie este chiar 1-2 metri, atunci este ușor să vedem că volumul său va scădea, adică din toate părțile mingea a fost stinsă de o anumită forță. Se spune de obicei că presiunea hidrostatică este "vinovată" aici - un analog fizic al forței care acționează în fluide imobiliare pe un corp imersat. Forțele hidrostatice acționează asupra corpului din toate părțile, iar rezultatul lor, cunoscut sub numele de forță arhimedeză, se numește și forța de flotabilitate, care corespunde direcției sale de acționare asupra corpului, care se află în lichid.

Arhimede a deschis legea doar experimental, iar justificarea sa teoretică a așteptat cu aproape 2000 de ani înainte ca Pascal să descopere legea hidrostatică pentru un lichid fix. Conform acestei legi, presiunea este transmisă prin lichid în toate direcțiile, indiferent de aria în care acționează, pe toate planurile care limitează lichidul, iar valoarea lui P este proporțională cu suprafața S și este dirijată de-a lungul normei sale. Pascal a descoperit și testat această lege cu privire la experiența din 1653. Potrivit lui, presiunea hidrostatică acționează asupra tuturor suprafețelor din corpul scufundat în lichid.

Să presupunem că un corp sub forma unui cub cu o margine L la o adâncime H este scufundat într-un vas cu apă - distanța de la suprafața apei până la fața superioară. Marginea inferioară este la o adâncime de H + L. Vectorul forței F1 care acționează pe fața superioară este direcționat în jos și F1 = r * g * H * S, unde r este densitatea lichidului, g este accelerația cădere liberă.

Vectorul forței F2 care acționează în planul inferior este orientat în sus și valoarea sa este determinată de expresia F2 = r * g * (H + L) * S.

Vectorii forțelor care acționează pe suprafețele laterale sunt reciproc echilibrate și, prin urmare, sunt excluse din considerare în viitor. Forța arhimedeză F2> F1 și este direcționată de jos în sus și este aplicată pe fața inferioară a cubului. Definim valoarea lui F:

F = F2 - F1 = r * g * (H + L) * S - r * g * H * S = r * g * L * S

Rețineți că L * S este volumul cubului V, și deoarece r * g = p este greutatea unei unități de lichid, formula de forță Archimedes determină greutatea volumului lichidului egal cu volumul cubului, adică aceasta este doar greutatea fluidului deplasat de corp. Interesant, ce să spun legea lui Arhimede este posibil doar pentru un mediu în care gravitatea este prezentă - sub zero gravitate, legea nu funcționează. În sfârșit, formula legii lui Archimedes are următoarea formă:

F = p * V, unde p este greutatea specifică a lichidului.

Forța arhimedică poate servi drept bază pentru analizarea flotabilității corpurilor. Condiția pentru analiză este raportul dintre greutatea corpului imersat Pm și greutatea fluidului Pg cu un volum egal cu volumul părții scufundate a corpului. Dacă Ρτ = Рζ, atunci corpul plutește în lichid, iar dacă Ρτ> Рж, atunci corpul se scufunda. În caz contrar, corpul se ridică până când forța de flotabilitate este egală cu greutatea apei împinse de partea inecată a corpului.

principiul lui Arhimede și utilizarea acestuia are o lungă istorie în tehnologie, începând cu exemplul clasic al utilizării tuturor cunoscute și facilități pentru baloane și dirijabile plutitoare. Aici a jucat un rol pe care gazul se referă la o stare a materiei, care este destul de fluid simulează. Astfel, în mediul de aer pentru orice forță flotabilitate obiect care acționează asemănător aceeași ca și în lichid. Primele încercări de a efectua zbor cu balonul cu aer a luat pe frații Montgolfier - au umplut un balon cu fum cald, astfel încât greutatea unui deținut într-un balon cu aer a fost mai mică decât greutatea aceluiași volum de aer rece. Aceasta a fost cauza forța de ridicare, iar valoarea sa a fost determinată ca diferența de greutate a acestor două volume. Îmbunătățirea suplimentară a baloanelor a fost un arzător care a încălzit continuu aerul din interiorul mingii. Este clar că intervalul de zbor depinde de durata arzătorului. Mai târziu, pe navele dirijate, un gaz cu o greutate specifică mai mică decât aerul a fost folosit pentru umplere.