Закон Архимеда изучают в курсе физики одним из первых и он обязательно учитывается при проектировании самых разных инженерных конструкций. Вот только почему это так работает?
Формулировка закона очень простенькая:
На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненного вещества.
После изучения этого закона все и абсолютно все явления, связанные с гидростатикой, кончаются на Архимеде и том, что он купался в ванной. Но оказывается, на тело, погруженное в жидкость действует сила Архимеда не потому, что есть такой закон Архимеда, а по более интересной физической причине. Самое время узнать, что именно выталкивает объект из воды.
Внутри жидкости есть некоторое давление. Оно формируется благодаря тому, что жидкость или вода (так проще это примерять на себя) имеет некоторую массу. Масса порождает вес и давит на объект, попавший в жидкость. Логично предположить, что чем глубже мы опустимся под воду, тем сильнее столб жидкости будет давить на нас. Так оно и есть.
Это легко запомнить и осмыслить даже без изучения физической теории. Замените ванну с водой на ванну с камушками. Где они будут сильнее давить? Когда рука находится под 5 см камушек или когда она оказалась под слоем в 25 см? Ответ, думаю, очевиден для всех.
В итоге, на дне вода давит на объекты сильнее. Нырните поглубже и почувствуете, что вода неприятно надавит на уши изнутри.
Давление давит на объект, помещенный в воду, со всех сторон. Слева и справа давление будет уравновешено. А вот снизу и сверху оно будет различаться! И вы сейчас вспомните опыт с шаром Паскаля, который должен был бы показать, что давление жидкости одинаково распространяется во всех направлениях.
А оно и распространяется одинаково во всех направлениях. Это разные понятия и не нужно их путать. Тут мы говорим про значения. Зато вот факт существования давления на обратную сторону погруженного образца как раз-таки и описывается опытом Паскаля.
Значения давления на разной глубине будут разные. Если возникают сомнения, то вспомните расчётную формулу давления на глубине. Это произведение рожи аш. Так запоминается легче :) Но если без шуток, то нужно перемножить плотность жидкости, ускорение свободного падения и глубину погружения. Больше глубина - выше давление.
В итоге снизу на объект, помещенный в жидкость, давление оказывается большее, нежели сверху.
"Толчок" вверх, описываемый законом Архимеда, возникает из-за разницы в давлении внутри жидкости на разной глубине, которая воздействует на тело. Это и есть физическая причина появления всплывания. Называется свойство словом плавучесть.
Легко выявить это физическое объяснение, исходя из обычной практики. Возьмем очень плавучий объект. Например, брусок из пенопласта. Надеюсь, что у всех было счастливое детство и вам довелось пытаться топить такую штуку под водой. Вспомните, что когда вы только-только начинаете погружать пенопластовый брусок в воду и давите на него, то его очень сложно окунуть. Но стоит только верхней поверхности бруска уйти под внешний слой жидкости и вы ощутите, как будто бы его сначала даже начало немного топить без всплывания, а сила сопротивления резко сократилась.
Разница появилась по той причине, что сначала на брусок давило снизу давление жидкости, которое выталкивало его обратно, превышая атмосферное давление, а потом на верхнюю поверхность надавил сверху слой жидкости. Он даже на глубине 20-30 см оказывает большее давление, нежели атмосфера. В итоге брусок из пенопласта начал лениво всплывать, а не выпрыгивать из воды.
Всё остальное осталось также, как нас научил закон Архимеда. Если вместо пенопласта взять например, свинцовую гирю, то она утонет. Сила всплывания, инициируемая внутренним давлением окажется меньшей, нежели вес такой гири в воде.
В общем-то, описываемая физическая логика работает и применительно к воздуху. Воздушные шары всплывают в воздухе и взлетают благодаря этому же явлению. Но почему-то когда речь идёт про воздух, читатели гораздо легче воспринимают этот принцип и понимают, что является причиной полёта. Наверное не ассоциируют воздух с водой. Разве что, нужно не забывать, что и в воздухе работает закон Архимеда :)
Пожалуйста, подпишитесь, лайкните материал и обязательно возвращайтесь за новым контентом на проект! Возврат подписчика сейчас очень важен для канала, а новые материалы выходят у меня регулярно!
Не забывайте читать новые статьи на сайте проекта