Закон Архимеда. Сила Архимеда.

Дети, скажите, где легче поднять камень в воздухе или в воде? Верно. А как вы считаете, почему?  Да, на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила. Поэтому поднять груз в воде гораздо легче.  

На тело погруженное в жидкость или газ действует выталкивающая сила.

2. Опыты доказывающие возникновение силы Архимеда в газах и жидкостях

  Опыт 1: Подвесим цилиндр к пружине, и отметим положение стрелки указателя. Опустим цилиндр в сосуд с водой.  Вы видите, что положение стрелки указатель стало выше, а значит вес цилиндра стал меньше. При погружении цилиндра в воду, на него действует выталкивающая сила. На брусок погруженный в воду действует 2 силы. Первая сила действует на верхнюю грань, вторая на нижнюю. F 2 > F 1, так как на нижнюю грань действует столб жидкости большей высоты, чем на верхнюю грань. Разница этих сил и равна выталкивающей силе.

Fa = F 2 — F 1

3. Закон Архимеда

Опыт 2: Возьмем к пружинке и подвесим ведёрко. А к ведерку подвесим цилиндр, объем которого равен объему ведерка. И опустим цилиндр в сосуд с водой. Часть воды из сосуда выльется. Перельем эту воду в ведерко и мы увидим, что воды вытесняется столько же, каков объем ведерка. Следовательно, можно сделать вывод:

На тело погружённое в жидкость или газ действует выталкивающая сила, направленная вверх и равна весу вытесненной жидкости в объеме этого тела (Закон Архимеда).

Мы можем убедиться, отчего зависит выталкивающая сила. Рассмотрим опыт 3: Подвесим на коромысло рычажных весов два одинаковых цилиндра, из алюминия. Один цилиндр опустим в простую воду, а другой в соленую воду. Мы видим, что тот цилиндр, который погружен в простую воду, опустился глубже, чем в соленую воду. Значит выталкивающая сила зависит от плотности жидкости. Опыт 4: На коромысло весов подвесим тела одинаковой массы, но разного объема. Видим, что тело меньшего объема погружено глубже. Значит: сила Архимеда зависит от объема тела.

Формула:

4. Условия плавания тел

Сила Архимеда учитывается при плавании судов и при воздухоплавании. Рассмотрим условия плавания тел:

1.  Если сила тяжести больше силы Архимеда, то тело тонет. Или плотность тела больше плотности жидкости.
2.  Если сила тяжести равна силе Архимеда, то тело находится внутри жидкости. Или плотность жидкости равна плотности тела.
3.  Если сила Архимеда больше силы тяжести, то тело плавает на поверхности. Или плотность жидкости больше плотности тела.

4.1. Плавание тел

Примеры: 1. В стакан с водой опустим медный цилиндр. Цилиндр тонет. Так как плотность меди больше плотности воды.

2. В стакан с водой опустим кусок льда. Лед плавает внутри стакана. Потому что, плотность воды приблизительно равна плотности льда.

3. В стакан с водой опустим кусочек пробки. Пробка плавает на поверхности воды. Плотность пробки меньше плотности воды.

У любого судна имеется ватерлиния. Ватерлиния это линия указывающая глубину погружения судна в воду. Судно, погруженное до ватерлинии вытесняет воду. Вес вытесненной воды указывает водоизмещение судна.

Водоизмещение это вес вытесненной воды до ватерлинии, равный весу судна с грузом в воздухе.

Капитан судна, зная о водоизмещении, не должен нарушать глубину погружения судна в воду. Если судно погружается выше, чем ватерлиния, судно утонет.

5. Опыты подтверждающие выполнение условий плавания

Опыт 5: На одну чашку рычажных весов поставим отливной стакан, заполненный водой. На другую чашу весов поставим груз, который уравновешивает отливной стакан. В отливной стакан опустим брусок. Равновесие весов нарушится и часть воды из отливного стакана выльется. Равновесие весов восстановиться.

Вывод: Если тело плавает внутри жидкости, то вес вытесненной воды, равен весу тела в воздухе.

6. Применение выталкивающей силы

1. При плавании судов. Используются суда разного назначения:

•  Военные (подводные лодки, крейсеры, авианосцы, фрегаты, сторожевые корабли).
•  Исследовательские суда.
•  Подводные батискафы (для исследования морей и океанов).
•  Грузовые (танкеры, сухогрузы).
•  Пассажирские суда.

2. В воздухоплавании:

• Воздушные шары, аэростаты.
• Самолеты (пассажирские, военные).
• Грузовые самолеты и аэростаты.

Воздухоплавание применяется в соревнованиях на воздушных шарах. Для этого производится расчет подъемной силы.

Формула: Fп = Fa — P (вес тела).