Силата на Архимед - силата на изтласкване на течности отдолу нагоре - принципът на Архимед

Принцип на Архимед

Потопените във вода тела изглеждат по-леки, отколкото във въздуха. Ако леко тяло се въведе във водата и след това се освободи, то се връща на повърхността на водата с висока скорост и плава. Силата, която действа върху тялото, изтласквайки го нагоре, се нарича Силата на Архимед. Причината за изтласкването отдолу нагоре е хидростатичното налягане на водата, което има различна стойност на всяка дълбочина. Да предположим, че на дълбочината вътре в течност със специфично тегло има цилиндрично тяло с височина и сечение S (фиг. 242). На горната страна на тялото действа сила, представена от стрелка, насочена надолу, а на долната страна снимка, представена от стрелка, насочена нагоре. Силите, действащи на една и съща височина отстрани на тялото, имат нулев резултат. Като цяло тя остава сила, действаща нагоре по размер, което е точно Силата на Архимед.

Тъй като това е обемът на тялото, това води до:

сила неговата Архимед =обем · специфично тегло:

[kgf].

Горният израз представлява математическата формулировка на Принцип на Архимед: Силата на Архимед е равна на теглото на количеството вода, изместено от тялото.

Тъй като действа в посока, обратна на теглото на тялото, силата на Архимед винаги води до намаляване на теглото.

Стойността на силата на Архимед=отслабване.

Следователно тази загуба на тегло зависи само от обема на потопеното тяло, съответно от количеството изместена вода, а не от нейното тегло. Потънал оловен блок със същия обем като парче дърво се избутва със същата сила А като тази.

Ако G е подходящото тегло на тялото, а A е силата на Архимед, в зависимост от стойността на едното към другото може да има три ситуации:

1. G> A: тялото потъва с намалено тегло

Намаляване на телесното тегло в течности

Установихме, че теглото на тяло, напълно потопено в течност, намалява със стойността на силата на Архимед. Като се има предвид, че в чиста вода със специфично тегло 1 gf/cm 3 тази тяга е числено равна на обема на изместената вода, това води до удобна възможност за определяне на специфичното тегло на малки обекти. С помощта на хидростатичен баланс първо намерете теглото на тялото във въздуха, G, след това окачете тялото на жица, като го вкарате във водата, и намерете намаленото му тегло, G '(фиг. 243). Резултат:

специфично тегло = [gf/cm 3]

Тъй като загубата на тегло на дадено тяло зависи от специфичното тегло на течността, в която е потопено, все още имаме средство за много точно определяне на специфичното тегло на течностите.

Под ръката Баланс на Мор-Вестфал (фиг. 244) малко плаващо стъклено тяло е окачено от платинена тел. Ако тялото е потопено във вода, балансът е нарушен. Тя може да бъде възстановена чрез окачена на тел 10 кука (ездач), т.е. специфичното тегло на течността е точно равно на 1. Две други куки, равни на 1/10, съответно 1/100, от теглото на ездача на морето, служат при балансиране, ако специфичното тегло е различно от 1. Положението на ездачите на фиг. 245 показва например специфично тегло от 1035. Преди употреба, везната трябва първо да се приведе в равновесие със сурова вода. Тъй като водата няма специфично тегло 1 при стайна температура, трябва да се направи съответната корекция, като се използва лист за плътност.

Когато силата на Архимед е по-голяма от телесното му тегло, той се движи нагоре, докато балансът между двете сили се установи на повърхността. Тогава тялото плува. Следователно, ако парче дърво, плаващо във водата, тежи 650 kgf, това води до това, че обемът на потопената му част трябва да бъде 0,65 m 3 .

Плаващ баланс: когато тялото плава в чиста вода, теглото на изместената вода е равно на собственото тегло на тялото.

Това явление може лесно да бъде доказано. Напълнете препълнена купа с вода. Ако след това в него се вкара плаващо тяло, точно толкова вода, колкото тялото се източва от съда.

В случай на течност със специфично тегло, ако тя се отбелязва с обема на потопената част на тялото, последният закон може да бъде написан във формата, където:

потопен обем/общ обем = специфично телесно тегло/специфично тегло на течността

С помощта на тази връзка е възможно да се определи коя фракция на плаващо тяло излиза от течността.

Частта, която излиза, може да се накара да влезе напълно във водата, като се добави допълнително тегло. Следователно обемът на тази част представлява здрав лагер на плаващ обект, на който може да се разчита в случай на пълно потапяне на обекта.

За да може сал да поддържа човек с тегло 80 kgf, неговата част над водата трябва да бъде най-малко 80 л. Размерът на силата на Архимед над тази граница не е възможен, освен ако товарът не би бил той също потъва с корк и по този начин ще допринесе за увеличаване на силата на Архимед.

Плавателният баланс е много чувствителен към смущения. Поради високата подвижност на водата нестабилният баланс е абсолютно невъзможен. Следователно тялото не може да се задържи на повърхността в каквото и да е положение, а се върти и заема правилното, стабилно, плаващо положение. За тази позиция две точки са от огромно значение:

1. Център за тегло на тялото (точка В от прилагането на тежестта). Той има фиксирана позиция в тялото.

2. Център за налягане (точка А от прилагането на силата на Архимед), която е центърът на тежестта на изместената течност. Елиси променя позицията според размера и формата на потопената част.

Ако центърът на тежестта C е под центъра на налягането A, плаващото положение във всеки случай е стабилно. Малко усукване от това положение кара двойка сили да се появят, които въртят тялото назад, докато отново стане нула.

Вертикалната линия, свързваща C с A е плаваща ос на тялото.

Ако C е точно над A, въртящият момент все още е нула, но има два случая. Като въртим малко тялото, ние го извеждаме от положението на равновесие. Ако линията на действие, преминаваща през новия център на налягане A ', пресича старата плаваща ос под C, възниква момент, който преобръща тялото (фиг. 246). Следователно балансът беше нестабилен. Ако тази точка на пресичане е над C, тялото се връща в старата си позиция: балансът е стабилен (фиг. 247). Извиква се точката на пресичане на линията на действие на силата, преминаваща през А 'с плаващата ос метацентър.

Плаващото положение на тялото е стабилно, когато метацентърът е над центъра на тежестта.

Като цяло обектът плава, колкото по-стабилен е, толкова по-нисък е центърът му на тежест. Платноходките имат тежък кил и в случай на опасност от корабокрушение мачтите трябва да бъдат спуснати.

За да се определи плаващото положение на плавателни съдове, камбани на газомер и други технически конструкции, често са необходими по-сложни изчисления.

Прост пример за това е бързото определяне на специфичното тегло на течностите с помощта денсиметри (Хидрометри). Те представляват баластирани стъклени тръби, чиято горна част излиза над нивото на течността и има градуирана скала, съответстваща на целта на експеримента. В зависимост от специфичното тегло на течността те се потапят повече или по-малко в нея (фиг. 248). Чувствителността на денсиметрите е още по-голяма, тъй като гърлото, което излиза от течността, е по-тънко в сравнение с потопената част. Дензиметрите са много често срещани като устройства за проверка на плътността на киселините, като лактометри, алкотомери, захарометри за определяне на съдържанието на захар в разтворите.