Archimedes sila

Urobme jednoduchý experiment: vziať slabý nafukovací gumový guličku a "pritopim" ho vo vode. Ak je hĺbka ponorenia dokonca 1-2 metre, potom je ľahké vidieť, že jeho objem sa zníži, t.j. zo všetkých strán bola lopta stlačená určitou silou. Zvyčajne sa hovorí, že sú "vínny" hydrostatický tlak - fyzická sily pôsobiace na stacionárnych kvapalín ponorených telo. Hydrostatické sily pôsobiace na telo zo všetkých strán, a ich výslednica, známy ako Archimedes sily, ešte volal vyhodenie, ktorý zodpovedá smeru jeho pôsobenia na teleso ponorené v kvapaline.

Archimedes otvoril svoj zákon čisto experimentálne,a jeho teoretické odôvodnenie čakalo takmer 2 000 rokov, kým Pascal objavil zákon o hydrostatických látkach pre pevnú kvapalinu. Podľa tohto zákona sa tlak prenáša cez kvapalinu vo všetkých smeroch, bez ohľadu na oblasť, na ktorú pôsobí, na všetkých rovinách ohraničujúcich kvapalinu a jej hodnota P je úmerná povrchu S a smeruje pozdĺž jej normálu. Pascal objavil a otestoval tento zákon o skúsenostiach z roku 1653. Podľa neho hydrostatický tlak pôsobí na všetky plochy z tela ponoreného do kvapaliny.

Predpokladajme, že telo je ponorené do nádoby s vodoutvar kocky s okrajom L do hĺbky H je vzdialenosť od vodnej plochy k hornej strane. Spodný okraj je v hĺbke H + L. Vek vektora sily F1, pôsobiacej na hornú plochu, smeruje nadol a F1 = r * g * H * S, kde r je hustota kvapaliny, g je zrýchlenie spôsobené gravitáciou.

Vektor sila F2, pôsobiaca na dolnej rovine smerom nahor, a jeho hodnota je daná F2 = r * g * (H + L) * S.

Vektory síl pôsobiacich na bočné plochy,sú navzájom vyvážené, preto sa v budúcnosti vylúčia z úvahy. Archimedovská sila F2> F1 a smeruje sa zhora nadol a pôsobí na spodnú stranu kocky. Definujeme jeho hodnotu F:

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

Pamätajte, že L * S je objem kocky V a tak ďalej. r * g = p je hmotnosť jednotky tekutiny, arkimediálna sila vzorca určuje hmotnosť objemu kvapaliny rovnajúcej sa objemu kocky, t.j. to je len hmotnosť tekutiny premiestnenej telom. Je zaujímavé povedať, že zákon Archimedes je možný iba pre prostredie, kde je prítomná gravitácia - pod nulovou gravitáciou zákon nefunguje. Napokon vzorec zákona Archimedes má nasledujúcu formu:

F = p * V, kde p je špecifická hmotnosť kvapaliny.

Archimedecká sila môže slúžiť ako základ preanalýza vztlakov telies. Podmienkou pre analýzu je pomer hmotnosti ponoreného telesa Pm a hmotnosti kvapaliny Pg s objemom rovným objemu ponorenej časti tela. Ak Pt = Rj, potom telo pláva v kvapaline, a ak Ρт> Рж, potom sa teleso klesá. V opačnom prípade sa telo objaví dovtedy, kým sa vztlaková sila rovná váhe vody vytlačenej utopenou časťou tela.

Archimedov zákon a jeho použitie majú dlhú dobuhistóriu v technológii, začínajúc klasickým príkladom použitia vo všetkých známych remeslách a balónoch a vzducholodí. Úloha tu zohrávala skutočnosť, že plyn sa vzťahuje na stav hmoty, ktorý úplne simuluje kvapalinu. Zároveň v leteckom prostredí pôsobí Archimedská sila na akékoľvek predmety, ktoré sú rovnaké ako v tekutine. Prvé pokusy o letecký balón urobili bratia Montgolfieri - naplnili balónik teplým dymom, kvôli ktorému váha väzňa v balóne bola menšia ako hmotnosť rovnakého objemu studeného vzduchu. To bol dôvod vzniku zdvíhacej sily a jeho veľkosť bola určená ako rozdiel v hmotnosti týchto dvoch objemov. Ďalšie vylepšenie balónov bolo horák, ktorý plynule zahrieval vzduch vo vnútri lopty. Je jasné, že rozsah letu závisel od trvania horáka. Neskôr sa vzducholode používali na naplnenie plynu so špecifickou hmotnosťou nižšou ako je tlak vzduchu.