Каждый видел, как огромный, тяжеленный, металлический корабль плывет себе спокойно и даже не думает уходить под воду, а маленький гвоздик из того же метала, моментально тонет. Почему же такая несправедливость?
Все дело в выталкивающей Архимедовой силе. Она действует на тела, которые погружены в жидкость или газ. Такая сила будет направленна обратно от силы притяжения, действующей на тело.
А замечали, какими силачами вы становитесь в воде? Вы совершенно спокойно можете поднять взрослого человека. Все дело в том, что по закону Архимеда, тело, погруженное в жидкость, вытесняет ее в некотором количестве. И вес этой вытесненной жидкости будет равен потере веса тела.
Не каждый студент может себе позволить за семестр в ВУЗе отдать 100 000 ₽. Но круто, что есть гранты на учебу. Грант-на-вуз.рф – это возможность учиться на желанной специальности. По ссылке каждый получит бонус от 300 ₽ до 100 000 ₽ – грант-на-вуз.рф
По легенде, Архимед додумался до этого, когда ему поручили разоблачить мастера, который делал золотую корону царю Гиерону. У царя появились сомнения насчет честности мастера, и того, что корона из чистого золота. Чтобы это выяснить, нужно было вычислить объем короны, чтобы можно было сравнить его с объемом золота той же массы, что и корона. Если они совпадут, то никакого обмана нет. Именно этими вычислениями и занимался Архимед. Но тогда с нахождением объема тел неправильной формы были проблемы. И Архимед начал ломать голову над тем, как же это сделать. Ответ пришел ему, когда он принимал в ванну. Он заметил, что при погружении тела в ванну с водой, часть воды вытесняется. Он смог применить этот метод к вычислению объема короны и тем самым разоблачил лжеца.
Формула
Выведем формулу для вычисления силы Архимеда через, известную всем, формулу силы притяжения:
F = mg
В этой формула m – масса тела, на которое действует сила притяжения, а g – ускорение свободного падения (9,8 м/с^2).
Если мы погрузим это тело в жидкость или газ, то на него начнет действовать вытесняющая сила Архимеда. Запишем ее в виде формулы:
F(Архимеда) = m(жидкости)g
Здесь указывается масса жидкости, которая вытесняется при погружении тела. Ее можно разложить на следующие составляющие:
m = ρV
Где ρ – плотность вытесненной жидкости, V – объем тела, вытесняющего эту жидкость.
Таким образом, формула для Архимедовой силы превращается в:
Почему же все-таки не тонут корабли?
Для начала разберемся, что влияет на положение тела в воде. На все тела на планете действует сила Земного притяжения. При погрузке в воду, на тело начинает действовать Архимедова сила, которая направлена в обратную сторону и может вытолкнуть тело из воды. Тут есть 3 варианта развития событий:
- Сила Архимеда больше силы притяжения. При таком раскладе тело будет выталкиваться из воды.
- Сила Архимеда равна силе притяжения. Тогда тело будет находиться в равновесии, в каком бы месте жидкости оно не оказалось
- Сила Архимеда меньше силы притяжения. Тогда тело пойдет ко дну.
Из формул силы притяжения и Архимедово силы, мы знаем, что соотношение этих сил будет зависеть от объема тела и плотности воды и тела. Так если плотность корабля будет меньше плотности воды, то Архимедова сила будет больше веса тела, и корабль не потонет. Корабли хоть и делают из металла, но внутри у них много воздуха, что делает плотность корабля меньше плотности воды. Та часть, которая находится под водой, занимает достаточно большой объем, чтобы Архимедова сила была больше силы притяжения. Поэтому корабль спокойно плавает по поверхности воды.
В случае с подводными лодками, существуют специальные камеры, для регулирования ее плотности. Чтобы совершить погружение, эти камеры заливаются водой, плотность становится больше, и соответственно лодка погружается под воду. Чтобы вернуться на поверхность, камеры заполняются сжатым воздухом.
Напоминаем про сервис грант-на-вуз.рф. Не упусти свой шанс изучать то, что тебе нравится. Ну или просто сэкономить на учебе. Ты точно получишь от 300 ₽ до 100 000 ₽, перейдя по ссылке грант-на-вуз.рф!
Спасибо, что прочитали статью. Не забывайте про подписку на канал, а также рекомендую почитать канал наших друзей:
https://zen.yandex.ru/fgbnuac — последние научные достижения и лучшие образовательные практики.
Хорошего дня и не болейте.