Дія рідини і газу на занурене в них тіло
Із повсякденного життя відомо, що вага тіла зменшується, якщо занурити його у воду. На цьому явищі заснована, наприклад, плавання суден.
Повітряні кулі піднімаються в повітря через існування деякої сили, спрямованої протилежно силі тяжіння. Силу, з якою рідина чи газ діють на занурене в них тіло, називають також силою Архімеда. Розглянемо природу цієї сили.
Як відомо, рідина (або газ) робить деякий тиск на кожну точку поверхні тіла, зануреного в неї. Але чим нижче точка, тим більший тиск виявляється на неї.
Отже, на нижні межі тіла виявляється більший тиск, ніж на верхні. Значить, сила, що діє на тіло знизу, більше сили, що діє на нього зверху.
Значить, рідина (або газ) діє на занурене в неї тіло з деякою силою, спрямованої вгору. Відзначимо, що якщо нижня поверхня тіла щільно прилягає до дна посудини з рідиною, то рідина діє на тіло з силою, спрямованої вниз, так як тоді вона буде тиснути тільки на верхню частину тіла, не проникаючи під нижню. Тоді сила Архімеда відсутня.
Величина сили Архімеди, що діє на тіло
Розглянемо величину сили Архімеда, що діє на тіло, занурене в рідину або газ. Замінимо (подумки) тіло рідиною (або газом) в обсязі цього тіла. Очевидно, цей обсяг знаходиться в спокої відносно навколишнього рідини (або газу).
Виходить, що сила Архімеда, яка діє на даний обсяг, дорівнює силі тяжіння по модулю і протилежна за напрямком.
Звідси висновок: сила Архімеда, що діє на тіло, занурене в рідину або газ, за модулем дорівнює вазі рідини або газу в обсязі цього тіла, і протилежна за напрямком, тобто її можна розрахувати за формулою p*g*V, де р – щільність рідини або газу, g – прискорення вільного падіння, V-об’єм тіла.
Для газу це, правда, не завжди вірно, тому що його щільність на різних висотах різна. З цієї формули випливає, що якщо середня щільність тіла більше щільності рідини (або газу), в яку занурено тіло, то вага тіла більше ваги рідини в його обсязі, і тіло тоне
Якщо середня щільність тіла дорівнює щільності рідини чи газу, тіло знаходиться в спокої в товщі рідини чи газу, не спливає і не тоне, тому що сила Архімеда врівноважується силою тяжіння, що діє на тіло; якщо ж середня щільність тіла менше щільності рідини чи газу, тіло плаває.
Приклад завдання
Розглянемо приклад. Алюмінієвий циліндр має в повітрі вага 54 Н, а в деякій рідини – 40 Н. Визначте щільність рідини.
Рішення. Знайдемо обсяг циліндра: V = P/g/p, де V – об’єм, P – вага тіла, p1 – щільність тіла, тобто V = 54 Н: 10 Н/кг: 2700 кг/м3 = 0,002 м3
Знайдемо силу Архімеда, рівну різниці ваг у повітрі та у воді:
FА = 54 Н – 40 Н = 14 Н
Знаючи об’єм тіла і величину сили, що виштовхує, знайдемо щільність рідини: р2 = 14 Н: 10 Н/кг: 0,002 м3 = 700 кг/м3.
Додамо, що сила Архімеда грає важливу роль в житті людини. Це, як говорилося вище, і плавання суден, і повітроплавання.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)