Архімедова сила - що це означає?

Зміст

1. Як виявляється сила Архімеда
2. Архімедова сила в динаміці
3. Архімедова сила в повітрі

Архімедова сила виникає від того, що рідина або газ прагнуть зайняти назад відняте у них зануреним тілом місце, і тому виштовхують його. Сила Архімеда діє тільки при наявності сили тяжкості і на різних небесних тілах має різне значення. Ця сила діє не тільки в рідинах, але і в газах. Повітряні кулі і дирижаблі плавають у повітрі, як підводний човен під водою. Причина виникнення архімедової сили - різність тисків середовища на різній глибині. Тому сила Архімеда виникає тільки за наявності сили тяжкості. На Місяці вона буде вшестеро, а на Марсі - в 2,5 рази менше, ніж на Землі. У

невагомості архімедової сили немає. Якщо уявити собі, що сила тяжкості на Землі раптом зникла, то всі кораблі в морях, океанах і річках від найменшого поштовху підуть на будь-яку глибину. А ось піднятися вгору їм не дасть не залежне від сили тяжкості поверхневе натягнення води, так що злетіти вони не зможуть, всі потонуть.

Як виявляється сила Архімеда

Величина архімедової сили залежить від обсягу зануреного тіла і щільності середовища, в якому воно знаходиться. Його точне формулювання в сучасному уявленні: на занурене в рідке або газове середовище тіло в полі сили тяжкості діє виштовхувальна сила, в точності рівна вазі витісненого тілом середовища, тобто F = ^ gV, де F - сила Архімеда;  - щільність середовища, g - прискорення вільного падіння; V - об'єм витісненої тілом або зануреної його частиною рідини (газу).

Якщо в прісній воді на кожен літр обсягу зануреного тіла діє виштовхуюча сила в 1 кг (9,81 н), то в морській воді, щільність якої 1,025 кг * куб. дм, на той же літр обсягу буде діяти сила Архімеда в 1 кг 25 р. Для людини середньої комплекції різність сили підтримки морською і прісною водою складе майже 1,9 кг. Тому плавати в морі легше: уявіть собі, що вам потрібно перепливти хоча б ставок без течії з двокілограмовою гантеллю за поя

сом. Від форми зануреного тіла архімедова сила не залежить. Візьміть залізний циліндр, вимірюйте силу його виштовхування з води. Потім розкатайте цей циліндр в лист, занурите у воду плашма і руба. У всіх трьох випадках сила Архімеда виявиться однаковою

. На перший погляд дивно, але, якщо занурювати лист плашма, то зменшення різності тисків для тонкого листа компенсується збільшенням його площі, перпендикулярної поверхні води. А при зануренні руба - навпаки, мала площа ребра компенсується більшою висотою аркуша

. Якщо вода дуже сильно насичена солями, чому її щільність стала вище щільності людського тіла, то в ній не потоне і людина, яка не вміє плавати. У Мертвому морі в Ізраїлі, наприклад, туристи можуть годинами лежати на воді, не ворушуючись. Правда, ходити по ньому все одно не можна - площа опори виходить малою, людина провалюється у воду по горло, поки вага зануреної частини тіла не зрівняється з вагою витісненої ним води. Однак при наявності деякої частки фантазії скласти легенду про ходіння по воді можна. А ось в гасі, щільність якого всього 0,815 кг * куб. дм, не зможе втриматися на поверхні і дуже досвідчений плавець
.

Архімедова сила в динаміці

Те, що судна плавають завдяки силі Архімеда, відомо всім. Але рибалки знають, що архімедову силу можна використовувати і в динаміці. Якщо на гачок попалася велика і сильна рибина (таймінь, наприклад), то повільно підтягувати її до сачка (виважувати) толку немає: обірве ліску і піде. Потрібно спочатку смикнути злегка, коли вона йде. Відчувши при цьому гачок, риба, прагнучи звільнитися від нього, метнеться в бік рибалки. Тоді потрібно смикнути дуже сильно і різко, щоб ліска не встигла порватися.

У воді тіло риби майже нічого не важить, але його маса з інерцією зберігаються. При такому способі ловлі архімедова сила ніби наддасть рибі в хвіст, і видобуток сама плюхнеться до ніг риболова або до нього в човен.

Архімедова сила в повітрі

Архімедова сила діє не тільки в рідинах, але і в газах. Завдяки їй літають повітряні кулі та дирижаблі (цеппеліни). 1 куб. м повітря за нормальних умов (20 градусів Цельсія на рівні моря) важить 1,29 кг, а 1 кг гелію - 0,21 кг. Тобто 1 кубометр наповненої гелієм оболонки здатний підняти вантаж в 1,08 кг. Якщо оболонка діаметром 10 м, то її об'єм буде 523 куб. м. Виконавши її з легкого синтетичного матеріалу, отримаємо підйомну силу близько півтонни. Архімедову силу в повітрі аеронавти називають сплавною силою.

Якщо з аеростату відкачати повітря, не давши йому зморщитися, то кожен його кубометр потягне вгору вже всі 1,29 кг. Надбавка понад 20% до підйомної сили технічно вельми спокуслива, так гелій доріг, а водень вибухонебезпечний. Тому проекти вакуумних дирижаблів час від часу з'являються на світ. Але матеріалів, здатних при цьому витримати великий (близько 1 кг на кв. см) атмосферний тиск зовні на оболонку, сучасна технологія створити поки не здатна.