Войти Регистрация
Уроки
Математика Алгебра Геометрия Физика Всеобщая история Русский язык Английский язык География Биология Обществознание
Тренажёры
Математика ЕГЭ Тренажёры для мозга История

Сила Архимеда

Содержание

    В прошлом уроке мы доказали с помощью опытов существование силы, действующей на тела, погруженные в жидкость или газ. Также мы теперь знаем, что ее можно рассчитать по формуле. Но какое еще есть значение у этой силы? В этом уроке мы более подробно рассмотрим выталкивающую силу.

    Сила Архимеда

    Давайте познакомимся с известным и простым опытом, который изображен на рисунке 4.

    Рисунок 4. Опыт по определению зависимости выталкивающей силы и веса погруженного тела.

    Мы подвешиваем на пружину небольшую емкость для жидкости и тело цилиндрической формы ниже. На конце пружины расположена стрелка-указатель, которая отмечает растяжение пружины на штативе (рисунок 4, а).

    Таким образом, мы видим вес тела в воздухе. Далее мы опускаем наше тело в большой сосуд. Сосуд имеет трубку для слива, и наполнен жидкостью до уровня этой трубки (рисунок 4, б).

    Когда мы полностью опускаем тело в сосуд, часть жидкости из него, объем которой равен объему тела, выливается через трубку для слива в стакан. Мы уже знаем, что на тело действует выталкивающая сила: пружина сокращается, стрелка-указатель поднимается, вес тела в жидкости становится меньше.

    А теперь возьмём жидкость, которая вылилась в стакан и зальем ее в емкость, которая также подвешена к пружине (рисунок 4, в). Теперь стрелка-указатель вернулась к своему изначальному положению.

    Сделаем вывод из данного опыта:

    Сила, выталкивающая целиком погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости в объеме этого тела.

    Если провести подобный опыт с газом, а не с жидкостью, то мы получим, что сила, выталкивающая тело из газа, равна весу газа, взятого в объеме тела.

    К таким же выводам мы пришли и в прошлом уроке, но теперь мы добавим, что эту выталкивающую силу называют архимедовой силой. Архимед (рисунок 5) – древнегреческий ученый и инженер, сделавший множество открытий и в математике, и в физике. Именно он первый обнаружил наличие выталкивающей силы и рассчитал ее значение.

    Рисунок 5. Архимед (287-212 годы до н.э.)

    В прошлом уроке мы получили формулу $F_{выт} = P_ж = g \cdot m_ж $. Теперь мы будем называть эту силу архимедовой $F_A$.

    Из выше рассмотренных опытов, можем выразить массу вытесненной жидкости через ее плотность и объем тела, который эту жидкость вытеснил (они одинаковы): $m_ж = \rho_ж \cdot V_т. Получим формулу:

    $F_A = g \cdot \rho_ж \cdot V_т$.

    Из полученной формулы мы видим, что архимедова сила зависит только от плотности жидкости и от объема тела, которое мы погружаем в эту жидкость.

    Если мы будем погружать в одну и ту же жидкость тела разной плотности и разной формы, то значение силы меняться не будет (при условии, что эти тела будут обладать одинаковым объемом).

    Определение веса тела, погруженного в жидкость или газ

    На тело, погруженного в жидкость (или в газ) действуют две силы: сила тяжести и архимедова сила. Направлены они в противоположные стороны. Вес тела в жидкости $P_1$ будет меньше веса тела в вакууме P на архимедову силу $F_A$, т.е.

    $P_1 = P-F_A = g \cdot m = g \cdot m_ж$.

    Если тело погружено в жидкость или газ, то его вес уменьшается на вес вытесненной им жидкости или газа

    Рассмотрим пример задачи на расчёт силы Архимеда

    Необходимо определить выталкивающую силу, которая будет действовать на камень объемом $2,6 м^3$, лежащий на морском дне.

    Дано:
    $V_т = 2,6 м^3$
    $\rho_ж = 1030 \frac{кг}{м^3}$
    $g = 9,8 \frac{Н}{кг}$
    $F_A — ?$
    Решение:
    $F_A = g \cdot \rho_ж \cdot V_т$
    $F_A = 9,8 \frac {Н}{кг} \cdot 1030 \frac{кг}{ м^3} \cdot 2,6 м^3 \approx 26 244 Н \approx 26,2 кН$.

    Ответ: $F_A \approx 26,2 кН$

    Легенда об Архимеде

    Архимед, великий изобретатель, шокировал своих современников гениальными открытиями. Его имя упоминается во множестве легенд, но одна из них стала наиболее известной: легенда о том, как Архимед пришел к открытию выталкивающей силы.

    Царь Гиерон поручил Архимеду проверить работу мастера, который изготовил для него золотую корону (рисунок 6).

    Рисунок 6. Золотая корона царя Гиерона.

    Долгое время ученый не мог найти ответ: как определить количество некачественных примесей? Проблема заключалась в том, что определить ее объем – сложная задача. По легенде озарение настигло Архимеда, когда он принимал ванну.

    Ученый заметил, что из ванны вылилась вода, когда он залез в нее. И здесь его посетила гениальная мысль. Все вы слышали его известную цитату: «Эврика! Эврика!» (в переводе означает: «Нашел!  Нашел!»)

    Так Архимед победно выкрикивал свою фразу, потрясенный своим открытием, что она дошла в виде легенды и до наших времен.

    5
    5
    5Количество энергии, полученное за урок

    Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

    Комментарии
    Получить ещё подсказку

    Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

    Верно! Посмотрите пошаговое решение