Архимедова сила, формулы

1. Закон Архимеда
2. Появление Архимедовой силы

Всем известно, что свойства газов и жидкостей резко отличаются, но не взирая на это, часто можно наблюдать, что они ведут себя одинаково, и их действия можно описать одинаковыми законами. Это дает возможность изучать их свойства в едином русле.

В разделе физики под названием механика газообразное или жидкое вещество считается сплошной средой. Принято считать, что оно располагается однородно в том объеме пространства, который занимает. Плотность газа зависима от давления, а для жидкости дела обстоят по-другому. Зачастую во время решения задач это не берут во внимание, применяя общее понятие жидкости постоянной и равномерной плотности, которая не сжимается.

Давление – это такая физическая величина, которая равна силе действия жидкости \(F\) на определенную площадь \(S\). Единицей измерения являются паскали. \(1 Па = 1 Н/1 м^2\), где \(1 Н\) – сила в ньютонах, \(1 м^2\) – площадь действия силы в метрах квадратных. А плотность жидкости запишется как \(ρ ={ΔP\over ΔS}\) , где \(Р\) – ее вес.

В законе Паскаля говорится о том, что величина давления внешних сил на поверхность жидкой среды одинакова по всем направлениям. Этим законом описываются равновесные состояния газообразных и жидких веществ.

При состоянии механического равновесия горизонтальное давление жидкости будет везде одинаковым, а это значит, что свободная поверхность неподвижной жидкости всегда будет горизонтальной, помимо мест прикосновения к сосуду. Принимая условие, что жидкость несжимаема, можно утверждать, что плотность среды не зависима от давления.

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип задания Выберите тип заданияКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Рассмотрим определенный объем жидкости в виде вертикального цилиндра. Поперечным сечением цилиндра, и соответственно столба жидкости, будет \(S\), высотой - \(h\), плотностью - \(ρ\), тогда вес будет определяться по формуле: \(P=ρgSh.\) Принимая во внимание все вышесказанное, можно записать формулу давления на дно сосуда:

\(p= {P \over S}= {ρgSh \over S}=ρgh\)

Это значит, что величина давления на дно сосуда для одной и той же жидкости будет линейно изменяться только при изменении ее высоты столба. Это гидростатическое давление жидкости. Изменение этого давления объясняет явление Архимедовой силы.

Закон Архимеда

В законе Архимеда говорится о том, что на тело, которое погружено в жидкую или газообразную среду, действует выталкивающая его сила, которая равняется весу объема жидкой или газообразной части, занятой этим телом. Этот закон является одним из главных законов, которые применяются в гидро- и аэростатике.

Явление силы Архимеда вызвано тем, что вытесненная телом среда стремится заполнить объем, который у нее отобрали, поэтому и появляется сила, выталкивающая тело наружу. Потому и называется она выталкивающая или подъемная гидростатическая сила. Величина этой силы не зависима от структуры и текстуры погруженного тела, его химического состава или иных характеристик.

Архимедова сила возникает из-за того, что на разной глубине давление жидкости отличается. К примеру, давление в нижнем слое воды всегда будет больше, чем в верхнем, так как оно зависит от высоты столба.

Явление силы Архимеда возможно только с наличием силы тяжести. К примеру, для одного и того же тела на Земле и на Луне сила тяжести отличается в шесть раз.

Появление Архимедовой силы

Рассмотрим такой пример: представим, что в некотором объеме воды мы выделили произвольный объем, окруженный поверхностью \(S\). Так как условно по всей поверхности воды сохраняется равновесие, то и наш объем, выделенный поверхностью \(S\), тоже равновесен. Это значит, что сила равнодействия и сумма внешних сил для нашего объема жидкости равняются нулю. Внешними силами в нашем случае выступают давление жидкости, окружающей наш объем с поверхностью \(S\) и вес нашего объема воды. В это же время сила равнодействия F гидростатического давления, которое испытывает поверхность \(S\), будет равняться весу нашего объема воды, ограниченного поверхностью \(S\). При этом, чтобы сумма всех внешних сил была равна нулю, сила равнодействия F должна пересекать центр масс нашего объема воды и направляться снизу в верх.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип работы Выберите тип работыКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Представим, что на место нашего условного выделенного объема воды поместили твердое тело того же объема. При условии сохранения механического равновесия, среда не изменится, то есть останется тем же давление, воздействующее на поверхность S. Теперь закон Архимеда можно сформулировать более точно: при условии, что погруженное в жидкость тело находится в состоянии механического равновесия, на него будет действовать выталкивающая сила гидростатического давления, равняющаяся весу объема жидкости, который вытеснило тело. Эта сила направляется снизу в верх и обязательно пересекает центр массы погруженного тела. Закон Архимеда будет выглядеть так:

\(F_A=ρgV,\)

где \(F_A\) – Архимедова сила, Н;

       \(ρ\) – плотность среды, кг/м3;

       \(V\) – объем погруженного тела, м3;

       \(g\) – ускорение свободного падения, м/с2.

Направление действия вытесняющей силы, действующей на погруженное в среду тело, противоположно направлению действия силы тяжести, из-за этого состояние погруженного тела будет зависеть от соотношения размеров этих сил. Бывает три различных варианта их соотношений. Рассмотрим варианты реакции тела при всех вариантах подробнее:

• если сила тяжести больше, чем Архимедова сила, тело, погруженное в среду, будет тонуть;
• если сила тяжести равняется Архимедовой силе - зависнет в среде погружения;
• сли сила тяжести будет меньше Архимедовой силы - будет плавать по верху.