Архимед силата

Нека направим един прост експеримент: вземете слабо напомпана гумена топка и я "налее" във водата. Ако дълбочината на потапяне е дори 1-2 метра, тогава е лесно да се види, че неговият обем ще намалее, т.е. от всички страни топката беше притисната от определена сила. Обикновено се казва, че хидростатичното налягане е "виновно" тук - физичен аналог на силата, действаща в неподвижни течности върху потопеното тяло. Хидростатичните сили, действащи върху тялото от всички страни, и техните Получената, известен като сила Архимед, все още нарича изхвърляне, която съответства на посоката на неговия ефект върху тялото потопена в течност.

Архимед открил своя закон чисто експериментални и теоретичната си обосновка изчака в продължение на почти 2000 години преди Паскал открива закона на хидростатиката за стационарна течност. Според този закон, налягането се предава чрез течността във всички посоки, независимо от площта, на която действа на всички планове, ограничаващи течността, а стойността му е пропорционална на повърхността Р и S по нормален към него. Паскал открил и тествал този закон за опита през 1653 г. Според него хидростатичното налягане действа върху всички повърхности от тялото, потопено в течността.

Нека приемем, че тяло под формата на куб с ръб L до дълбочина Н е потопено в съд с вода - разстоянието от водната повърхност до горната повърхност. Долният ръб е на дълбочина H + L. Векторът на силата F1, действащ върху горната повърхност, е насочен надолу и F1 = r * g * H * S, където r е плътността на течността, g е ускорението свободно падане.

Векторът на силата F2, действащ в долната равнина, е насочен нагоре и неговата стойност се определя от израза F2 = r * g * (H + L) * S.

Векторите на силите, действащи върху страничните повърхности, са взаимно балансирани и следователно те са изключени от разглеждане в бъдеще. Архимедовата сила F2> F1 и е насочена отдолу нагоре и се прилага към долната повърхност на куба. Ние определяме неговата стойност F:

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

Имайте предвид, че L * S - .. е обема на един куб V и М до R * г = р означава единица течност тегло, тогава формула теглото на Archimedean сила определя обема на течността, равен на обема на куба, т.е. това е само теглото на течността, изместена от тялото. Интересно е какво да кажа за това закон на Архимед това е възможно само за среда, в която има гравитация - при нулева гравитация законът не работи. Накрая формулата на закона на Архимед има следната форма:

F = p * V, където p е специфичното тегло на течността.

Архимедовата сила може да служи като основа за анализиране на плаваемостта на телата. Условието за анализа е съотношението на теглото на потопеното тяло Pm и теглото на течността Pg с обем, равен на обема на потопената част на тялото. Ако Рт = Рж, тогава тялото плава в течността, а ако Рт> Рж, тогава тялото потъва. В противен случай тялото се появява, докато плаващата сила е равна на теглото на водата, изтласкана от удавната част на тялото.

Законът на Архимед и неговата употреба имат дълга история в технологиите, като се започне с класически пример за приложение във всички известни занаяти и балони и дирижабли. Ролята тук се дължи на факта, че газът се отнася до състояние на материя, което напълно симулира течността. В същото време във въздушната среда архимедската сила действа върху всички предмети, подобни на тези в течност. Първите опити за извършване на полет въздушен балон взеха Монголфие братя - те попълнено балон с топъл дим, така че теглото на затворник в въздушен балон е по-малко от теглото на един и същ обем студен въздух. Това беше причината за появата сила на повдигане, и неговата стойност се определя като разликата в теглото на тези два обекта. По-нататъшно подобрение на балоните е горелка, която непрекъснато нагрява въздуха вътре в топката. Ясно е, че обхватът на полета зависи от продължителността на горелката. По-късно, на дирижабли, за пълнене се използва газ със специфично тегло, по-нисък от този на въздуха.