Архимедова сила — что это значит?

Что такое архимедова сила?

Архимедова сила - что это значит?

Дата публикации 28.01.2013 13:17

Проделаем простой эксперимент: возьмем слабо надутый резиновый мяч и «притопим» его в воде. Если глубина погружения будет даже 1-2 метра, то нетрудно видеть, что его объем уменьшится, т.е. со всех сторон мяч обжала некая сила.

Обычно говорят, что здесь «виновато» гидростатическое давление – физический аналог силы, действующей в неподвижных жидкостях на погруженное тело.

Гидростатические силы действуют на тело со всех сторон, а их результирующая, известная как архимедова сила, еще называется выталкивающей, что соответствует ее направлению действия на погруженное в жидкость тело.

Архимед открыл свой закон чисто экспериментально, а его теоретическое обоснование ждало еще почти 2000 лет до того, как Паскаль открыл закон гидростатики для неподвижной жидкости.

Согласно этому закону давление передается через жидкость по всем направлениям независимо от площади, на которую оно действует, на все плоскости, ограничивающие жидкость, а его величина P пропорциональна поверхности S и направлена по нормали к ней. Паскаль открыл и проверил этот закон на опыте в 1653 г.

В соответствии с ним, на поверхность погруженного в жидкость тела со всех сторон действует гидростатическое давление.

Допустим, что в сосуд с водой погружено тело в форме куба с ребром L на глубину H — расстояние от поверхности воды до верхней грани. При этом нижняя грань находится на глубине H+L. Вектор силы F1, действующей на верхнюю грань, направлен вниз и F1 = r * g * H * S, где r — плотность жидкости, g – ускорение свободного падения.

Вектор силы F2, действующей на нижнюю плоскость, направлен вверх, а ее величина определяется выражением F2 = r * g * (H+L) * S .

Векторы сил, действующих на боковые поверхности, взаимно уравновешиваются, поэтому в дальнейшем из рассмотрения исключаются. Архимедова сила F2 > F1 и направлена снизу вверх, и приложена к нижней грани куба. Определим ее величину F:

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

Заметим, что L * S – это объем куба V, а т. к. r * g = p представляет собой вес единицы жидкости, то формула архимедовой силы определяет вес объема жидкости, равный объему куба, т.е.

это как раз и есть вес вытесненной телом жидкости. Интересно, что говорить о законе Архимеда возможно только для среды, где присутствует сила тяжести – в условиях невесомости закон не работает.

Окончательно формула закона Архимеда имеет следующий вид:

F = p * V, где p – удельный вес жидкости.

Архимедова сила может служить основанием для анализа плавучести тел.

Условием для анализа служит соотношение веса погруженного тела Рт и веса жидкости Рж с объемом, равным объему погруженной в жидкость части тела.

Если Рт = Рж, то тело плавает в жидкости, а если Рт > Рж, то тело тонет. В противном случае тело всплывает, пока выталкивающая сила не сравняется с весом вытолкнутой утопленной частью тела воды.

Закон Архимеда и его использование имеют длинную историю в технике, начиная с классического примера применения во всех известных плавсредствах и до воздушных шаров и дирижаблей. Здесь сыграло роль то, что газ относится к такому состоянию вещества, которое вполне моделирует жидкость.

При этом, в воздушной среде на любые предметы действует архимедова сила, сродни такой же, как в жидкости.

Первые попытки осуществить воздушный полет на воздушном шаре предприняли братья Монгольфьер – они наполняли воздушный шар теплым дымом, благодаря чему вес заключенного в шаре воздуха был меньше, чем вес такого же объема холодного воздуха.

Это и было причиной появления подъемной силы, а ее величина определялась как разность веса этих двух объемов. Дальнейшим усовершенствованием воздушных шаров была горелка, которая непрерывно подогревала воздух внутри шара. Понятно, что дальность полета зависела от длительности работы горелки. Позже на дирижаблях применялся для наполнения газ с удельным весом меньше, чем у воздуха.

Источник: https://www.vigivanie.com/nauka/1466-arh.html

Закон Архимеда: определение и формула :: SYL.ru

Закон Архимеда: определение и формула :: SYL.ru

Часто научные открытия становятся следствием простой случайности. Но только люди с подготовленным умом могут оценить важность простого совпадения и сделать из него далеко идущие выводы. Именно благодаря цепи случайных событий в физике появился закон Архимеда, объясняющий поведение тел в воде.

Предание

В Сиракузах об Архимеде слагали легенды. Однажды правитель этого славного города усомнился в честности своего ювелира. В короне, изготовленной для правителя, должно было содержаться определенное количество золота. Проверить этот факт поручили Архимеду.

Архимед установил, что в воздухе и в воде тела имеют разный вес, причем разность прямо пропорциональна плотности измеряемого тела.

Измерив вес короны в воздухе и в воде, и проведя аналогичный опыт с целым куском золота, Архимед доказал, что в изготовленной короне существовала примесь более легкого металла.По преданию, Архимед сделал это открытие в ванне, наблюдая за выплеснувшейся водой.

Что стало дальше с нечестным ювелиром, история умалчивает, но умозаключение сиракузского ученого легло в основу одного из важнейших законов физики, который известен нам, как закон Архимеда.

Формулировка

Результаты своих опытов Архимед изложил в труде «О плавающих телах», который, к сожалению, дошел до наших дней лишь в виде отрывков. Современная физика закон Архимеда описывает, как совокупную силу, действующую на тело, погруженное в жидкость. Выталкивающая сила тела в жидкости направлена вверх; ее абсолютная величина равна весу вытесненной жидкости.

Действие жидкостей и газов на погруженное тело

Любой предмет, погруженный в жидкость, испытывает на себе силы давления. В каждой точке поверхности тела данные силы направлены перпендикулярно поверхности тела. Если бы эти они были одинаковы, тело испытывало бы только сжатие.

Но силы давления увеличиваются пропорционально глубине, поэтому нижняя поверхность тела испытывает больше сжатие, чем верхняя. Можно рассмотреть и сложить все силы, действующие на тело в воде.

Итоговый вектор их направления будет устремлен вверх, происходит выталкивание тела из жидкости. Величину этих сил определяет закон Архимеда. Плавание тел всецело основывается на этом законе и на различных следствиях из него. Архимедовы силы действуют и в газах.

Именно благодаря этим силам выталкивания в небе летают дирижабли и воздушные шары: благодаря воздухоизмещению они становятся легче воздуха.

Физическая формула

Наглядно силу Архимеда можно продемонстрировать простым взвешиванием. Взвешивая учебную гирю в вакууме, в воздухе и в воде можно видеть, что вес ее существенно меняется. В вакууме вес гири один, в воздухе – чуть ниже, а в воде – еще ниже.

Если принять вес тела в вакууме за Ро, то его вес в воздушной среде может быть описан такой формулой: Рв=Ро — Fа;

здесь Ро – вес в вакууме;

Fа — сила Архимеда.

Как видно из рисунка, любые действия со взвешиванием в воде значительно облегчают тело, поэтому в таких случаях сила Архимеда обязательно должна учитываться.

Для воздуха эта разность ничтожна, поэтому обычно вес тела, погруженного в воздушную среду, описывается стандартной формулой.

Плотность среды и сила Архимеда

Анализируя простейшие опыты с весом тела в различных средах, можно прийти к выводу, что вес тела в различных средах зависит от массы объекта и плотности среды погружения.

Причем чем плотнее среда, тем больше сила Архимеда. Закон Архимеда увязал эту зависимость и плотность жидкости или газа отражается в его итоговой формуле.

Что же еще влияет на данную силу? Другими словами, от каких характеристик зависит закон Архимеда?

Формула

Архимедову силу и силы, которые на нее влияют, можно определить при помощи простых логических умозаключений. Предположим, что тело определенного объема, погруженное в жидкость, состоит из тоже же самой жидкости, в которую оно погружено.

Это предположение не противоречит никаким другим предпосылкам. Ведь силы, действующие на тело, никоим образом не зависят от плотности этого тела.

В этом случае тело, скорее всего, будет находиться в равновесии, а сила выталкивания будет компенсироваться силой тяжести.

Таким образом, равновесие тела в воде будет описываться так.

Но сила тяжести, из условия, равна весу жидкости, которую она вытесняет: масса жидкости равна произведению плотности на объём. Подставляя известные величины, можно узнать вес тела в жидкости. Этот параметр описывается в виде ρV * g.

Подставляя известные значения, получаем:

F = ρV * g.

Это и есть закон Архимеда.

Формула, выведенная нами, описывает плотность, как плотность исследуемого тела. Но в начальных условиях было указано, что плотность тела идентична плотности окружающей его жидкости. Таким образом, в данную формулу можно смело подставлять значение плотности жидкости. Визуальное наблюдение, согласно которому в более плотной среде сила выталкивания больше, получило теоретическое обоснование.

Применение закона Архимеда

Первые опыты, демонстрирующие закон Архимеда, известны еще со школьной скамьи. Металлическая пластинка тонет в воде, но, сложенная в виде коробочки, может не только удерживаться на плаву, но и нести на себе определенный груз.

Это правило — важнейший вывод из правила Архимеда, оно определяет возможность построения речных и морских судов с учетом их максимальной вместимости (водоизмещения). Ведь плотность морской и пресной воды различна и суда, и подводные лодки должны учитывать перепады этого параметра при вхождении в устья рек.

Неправильный расчет может привести к катастрофе – судно сядет на мель, и для его подъема потребуются значительные усилия.

Закон Архимеда необходим и подводникам. Дело в том, что плотность морской воды меняет свое значение в зависимости от глубины погружения.

Правильный расчет плотности позволит подводникам правильно рассчитать давление воздуха внутри скафандра, что повлияет на маневренность водолаза и обеспечит его безопасное погружение и всплытие.

Читайте также:  Где учат на стюардесс

Закон Архимеда должен учитываться также и при глубоководном бурении, огромные буровые вышки теряют до 50% своего веса, что делает их транспортировку и эксплуатацию менее затратным мероприятием.

Источник: https://www.syl.ru/article/230416/new_zakon-arhimeda-opredelenie-i-formula

архимедова сила — это… Что такое архимедова сила?

  • архимедова сила — Archimedo jėga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Skystyje arba dujose esantį kūną kelianti jėga, lygi išstumto skysčio arba dujų svoriui. atitikmenys: angl. Archimedes force; buoyancy force; buoyant force vok.… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
  • архимедова сила — Archimedo jėga statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Archimedes force; buoyant force vok. Archimedische Kraft, f; hydrostatischer Auftrieb, m rus. архимедова сила, f; выталкивающая сила, f pranc. force d’Archimède, f; poussée, f; poussée… …   Fizikos terminų žodynas
  • Архимедова сила — …   Википедия
  • архимедова сила — Равнодействующая нормальных сил давления тяжелой жидкости на смоченную поверхность тела, полностью или частично погруженного в жидкость …   Политехнический терминологический толковый словарь
  • СИЛА — векторная величина мера механического воздействия на тело со стороны др. тел, а также интенсивности др. физ. процессов и полей. Силы бывают различными: (1) С. Ампёра сила, с которой (см.) действует на проводник с током; направление вектора силы… …   Большая политехническая энциклопедия
  • архимедова выталкивающая сила — hidrostatinė keliamoji jėga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Archimedo jėga skysčiuose. atitikmenys: angl. hydrostatic buoyancy; hydrostatic uplift; vertical hydrostatic force vok. hydrostatischer Auftrieb, m rus.… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
  • ПОДДЕРЖИВАЮЩАЯ СИЛА — (гидростатич. подъёмная сила, выталкивающая сила, архимедова сила), направленная вертикально вверх составляющая суммы сил давления жидкой или газообразной среды на поверхность тела, полностью или частично погружённого в среду (см. АРХИМЕДА ЗАКОН) …   Физическая энциклопедия
  • выталкивающая сила — Archimedo jėga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Skystyje arba dujose esantį kūną kelianti jėga, lygi išstumto skysčio arba dujų svoriui. atitikmenys: angl. Archimedes force; buoyancy force; buoyant force vok.… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
  • подъемная сила — Archimedo jėga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Skystyje arba dujose esantį kūną kelianti jėga, lygi išstumto skysčio arba dujų svoriui. atitikmenys: angl. Archimedes force; buoyancy force; buoyant force vok.… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
  • Поддерживающая сила —         гидростатическая подъёмная сила, архимедова сила, направленная вертикально вверх составляющая суммы сил давления жидкой или газообразной среды на поверхность тела, полностью или частично погруженного в среду. П. с. равна весу жидкости,… …   Большая советская энциклопедия
  • выталкивающая сила — Archimedo jėga statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Archimedes force; buoyant force vok. Archimedische Kraft, f; hydrostatischer Auftrieb, m rus. архимедова сила, f; выталкивающая сила, f pranc. force d’Archimède, f; poussée, f; poussée… …   Fizikos terminų žodynas

Источник: https://geography_russian_kazakh.academic.ru/624/%D0%B0%D1%80%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D0%B2%D0%B0_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B0

Архимедова сила

Архимедова сила

Наверное, существует какая-то сила, которая выталкивает нас и кораблики, то есть, все тела из воды и позволяет плавать на поверхности или в ее толще. Сила эта называется в физике архимедовой силой и изучается в курсе седьмого класса.

Архимедова сила в физике

На уроках действие архимедовой силы демонстрируется и объясняется путем проведения различных опытов. Мы же с вами можем просто представить себе тихое утреннее озерцо, пение птиц, лодочку у бережка. И вот мы, полные чудесных эмоций, садимся в лодочку и что происходит? Лодочка под нашим весом погружается глубже.

Если в простую деревянную лодочку сядут двое влюбленных покататься, то все будет, скорее всего, прекрасно, и признание в любви прозвучит просто волшебно на фоне рассвета и соловьев. Но если в лодку набьется полтора десятка любителей романтики, то лодочка, не успев отплыть от берега, замечательным образом опустится на дно вместе со всеми злополучными пассажирами.

И тогда вместо любования природой им придется дружно доставать лодку со дна и сушить вещи у костерка, что тоже, безусловно, не лишено некоторой доли романтики.

Формула архимедовой силы

Что же мы можем извлечь полезного из данного опыта? Когда увеличивался вес лодки, то мы видели, что лодка ниже опускалась в воду. То есть, вес тела увеличивал давление на воду, а выталкивающая сила оставалась прежней.

Когда же вес тела превысил величину выталкивающей силы, то лодка под действием этой силы погрузилась на дно. То есть, существует выталкивающая сила, одинаковая для конкретного тела, но разная для различных тел.

Топор, как всем известно, пойдет на дно в любом случае, а вот деревянная доска не только будет плавать на поверхности, но и может еще удержать пару пассажиров. Сила эта и называется архимедовой силой и выражается формулой:

F_выт = g*m_ж = g* ρ_ж * V_ж  = P_ж,

где m_ж – это масса жидкости,
а P_ж – вес вытесненной телом жидкости.

А так как масса у нас равна: m_ж = ρ_ж * V_ж, то из  формулы архимедовой силы мы видим, что она не зависит от плотности погруженного тела, а только от объема и плотности вытесненной телом жидкости, например, воды.

Тело же, погруженное в жидкость, теряет в своем весе ровно столько, сколько весит вытесненная им вода. Поэтому, естественно предположить, что если вес тела меньше веса воды такого же объема, то оно будет плавать на поверхности, а если больше – то утонет.

Если же вес тела и воды будет равен, то тело может замечательно плавать в толще воды, как и поступают все водные обитатели.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Действие жидкости и газа на погруженное в них тело
Следующая тема:   Плавание тел: условия плавания тел, водоизмещение судна

Источник: http://www.nado5.ru/e-book/arkhimedova-sila

Архимедова сила — СПИШИ У АНТОШКИ

Архимедова сила - СПИШИ У АНТОШКИ

 Почему мы можем лежать на поверхности моря, не опускаясь на дно? Почему плавают на поверхности воды тяжелые корабли?

Наверное, существует какая-то сила, которая выталкивает людей и кораблики, то есть, все тела из воды и позволяет плавать на поверхности. 

Зависимость давления в жидкости или газе от глубины погружения тела приводит к появлению выталкивающей силы,или иначе силы Архимеда , действующей на любое тело, погруженное в жидкость или газ. Рассмотрим силу Архимеда подробнее на примере.

Все мы пускали кораблики по лужам. А какой кораблик без капитана? Что мы наблюдали? Кораблик под  весом капитана  погружается глубже. А если мы мы размещали на нашем кораблике пять или восемь капитанов? Наш кораблик опускался на дно.

Что же мы можем извлечь полезного из данного опыта? Когда увеличивался вес кораблика, то мы видели, что кораблик  ниже опускался в воду. То есть, вес тела увеличивал давление на воду, а выталкивающая сила оставалась прежней.

Когда же вес тела превысил величину выталкивающей силы, то кораблик под действием этой силы опустился на дно. То есть, существует выталкивающая сила, одинаковая для конкретного тела, но разная для различных тел.

Выталкивающая сила, она же сила Архимеда, действующая на тело, погружённое в жидкость, равна весу жидкости, вытесненной этим телом.

Кирпич, как всем известно, пойдет на дно в любом случае, а вот деревянная дверь не только будет плавать на поверхности, но и может еще удержать пару пассажиров. Сила эта и называется архимедовой силой и выражается формулой:

Fвыт = g*mж = g* ρж * Vж = Pж,

где mж – это масса жидкости,

а Pж – вес вытесненной телом жидкости.

А так как масса у нас равна: mж = ρж* Vж, то из формулы архимедовой силы мы видим, что она не зависит от плотности погруженного тела, а только от объема и плотности вытесненной телом жидкости.

Архимедова сила — это  векторная величина. Причина существования выталкивающей силы – разница в давлении на верхнюю и нижнюю часть тела.Указанное на рисунке давление P2 > P1 из-за большей глубины. Для возникновения силы Архимеда достаточно того, чтобы тело было погружено в жидкость хотя бы частично. 

Так, если тело плывёт по поверхности жидкости, значит выталкивающая сила, действующая на погружённую в жидкость часть этого тела равна силе тяжести всего тела. Если плотность тела больше плотности жидкости, то тело тонет, если меньше – то всплывает.

Тело же, погруженное в жидкость, теряет в своем весе ровно столько, сколько весит вытесненная им вода. Поэтому, естественно предположить, что если вес тела меньше веса воды такого же объема, то оно будет плавать на поверхности, а если больше – то утонет.

Если же вес тела и воды будет равен, то тело может замечательно плавать в толще воды, как и поступают все водные обитатели. Плотность оганизмов, живущих в воде почти не отличается от плотности воды, поэтому прочные скелеты им не нужны!

Рыбы регулируют глубину погружения, меняя среднюю плотность своего тела. Для этого им необходимо лишь изменить объем плавательного пузыря , сокращая или расслабляя мышцы.

У берегов Египта, водится удивительная рыба фагак. Приближение опасности заставляет фагака быстро заглатывать воду. При этом в пищеводе рыбы происходит бурное разложение продуктов питания с выделением значительного количества газов.

Газы заполняют не только действующую полость пищевода, но и имеющийся при ней слепой вырост. В результате тело фагака сильно раздувается, и, в соответствии с законом Архимеда, он быстро всплывает на поверхность водоема. Здесь он плавает, повиснув вверх брюхом, пока выделившиеся в его организме газы не улетучатся.

Читайте также:  Как собрать ртуть из разбитого градусника в домашних условиях

После этого сила тяжести опускает его на дно водоема, где он укрывается среди придонных водорослей.

Источник: http://www.spishy-u-antoshki.ru/arkhimedova-sila.html

Архимедова сила | Учеба-Легко.РФ — крупнейший портал по учебе

Существование гидростатического давления приводит к тому, что на любое тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила. Впервые значение этой силы в жидкостях определил на опыте Архимед.

Закон Архимеда формулируется так: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу того количества жидкости или газа, которое вытеснено погруженной частью тела.

Рассмотрим теоретический вывод закона Архимеда. В сосуд налита жидкость и погружено тело, имеющее форму куба. Ребро куба равно l.

Верхняя грань куба находится от поверхности жидкости на глубине h, а нижняя — на глубине h+l. На все грани куба жидкость оказывает давление.

При этом силы давления, действующие на боковые грани куба, взаимно компенсируются. На верхнюю грань куба действует направленная вниз сила давления F1, модуль которой

F1=rжghS    (5.6)

где rж — плотность жидкости; S — площадь грани куба. На нижнюю грань куба действует направленная вверх сила давления F2, модуль которой

F2=rжg(h+l)S.    (5.7)

Так как h

FA=F2-F1    (5.8)

Подставив (5.6) и (5.7) в (5.8), найдем, что модуль архимедовой силы

Fa=rжglS=rжgV=Pж    (5.9)

где V — объем куба (т. е. объем жидкости, вытесненной погруженным телом); Pж — вес вытесненной жидкости. Следовательно, выталкивающая сила по модулю равна весу жидкости, вытесненной погруженной частью тела.

Архимедова сила FA приложена к телу в центре масс вытесненной телом жидкости и направлена против силы тяжести, действующей на это тело. (Необходимо помнить, что закон Архимеда справедлив только при наличии тяжести. В условиях невесомости он не выполняется.)

Условие плавания тел

Поведение тела, находящегося в жидкости или газе, зависит от соотношения между модулями силы тяжести Fт и архимедовой силы FA, которые действуют на это тело. Возможны следующие три случая:

  1. Fт>FA — тело тонет;
  2. Fт=FA — тело плавает в жидкости или газе;

Проверка справедливости закона Архимеда для газов

Под колокол вакуумного насоса помещают равноплечие весы, на которые подвешены пустотелый стеклянный шар большого объема и гиря, уравновешивающая вес этого шара в воздухе. Если откачать из-под колокола воздух, то равновесие нарушится и коромысло весов, на котором подвешен шар, опустится вниз. Объясним это явление.

Как отмечалось, вес Р'ш шара в воздухе был уравновешен весом Р'г гири в воздухе, т. е. Р'ш= Р'г. Но если справедлив закон Архимеда, то и на шар, и на гирю в воздухе действуют выталкивающие силы.

Поэтому вес шара в воздухе равен Р'ш= Рш-Fш, а вес гири в воздухе Р'г= Рг-Fг, где Рг и Рш — истинные веса гири и шара, т. е.

их веса в пустоте, a Fг и Fш — архимедовы выталкивающие силы, действующие соответственно на гирю и шар.

Согласно (5.9), Fш=rвgVш и Fг=rвgVг, где rв — плотность воздуха, Vш — объем шара, Vг — объем гири. Так как Vш >>Vг, то выталкивающая сила Fш, действующая на шар, значительно больше выталкивающей силы Vг, действующей на гирю.

Поэтому наблюдаемое в воздухе равновесие шара и гири не означает одинаковости их весов в пустоте. На самом деле истинный вес шара Pш больше истинного веса гири Pг. Это сразу обнаруживается, когда из-под колокола насоса откачивают воздух. Весы выходят из равновесия, шар опускается вниз.

Таким образом, данный опыт наглядно показывает справедливость закона Архимеда и для газов.

На использовании действия архимедовой силы в газах основано воздухоплавание — полеты дирижаблей, аэростатов и т. п.

Источник: http://uclg.ru/education/fizika/shpargalki/lecture_arhimedova_sila.html

Каков физический смысл архимедовой силы?

Каков физический смысл архимедовой силы?

  • Физический смысл силы, независимо от ее названия и происхождения, в воздействии на тело, при котором тело либо движется с ускорением, либо находится в состоянии покоя, относительно принятой системы координат. Почему возникает архимедова сила? На тело, погруженное в жидкость или газ в первую очередь действует сила тяжести, направленная вертикально вниз. Под действием силы тяжести тело стремится вниз, вытесняя таким образом часть жидкости или газа вверх. Но на жидкость или газ также действует сила тяжести, направленная вертикально вниз, поэтому жидкость или газ стремятся занять место, из которого были вытеснены телом, выталкивая тело вверх.Закон Архимеда позволяет рассчитать силу этого воздействия, которая равна именно весу газа или жидкости, вытесненных телом.
  • Про Силу Архимеда клево шутил наш школьный физик, долго проживший на Украине:quot;Тело, впернутое в воду, выпирает на свободу, силой выпертой воды, тела, впертого тудыquot;.Двоечники запоминали и получали положительную отметку.
  • Физический смысл есть разве что в законе Паскаля (следствием коего и выступает архимедова сила). И смысл этот в том, что жидкости и газы имеют плотность, поэтому давление в жидкости и в газе зависит от глубины. Поэтому как только появляется разность глубин (для любого тела ненулевых размеров это так), сразу же появляется и разность давлений. А значит — выталкивающая сила.
  • Самый верный, хотя и краткий, ответ был у Рождера. Физический смысл архимедовой силы (что в воде, выталкивающей лодку, что в воздухе, выталкивающем шарик с гелием) одинаковый. А именно (на молекулярном уровне): по нижней части предмета происходит больше ударов молекул среды, чем по верхней его части. Поэтому и возникает сила, направленная вверх.
  • Это зависит от того, что называть физическим смыслом. Природа же силы Архимеда достаточно проста. Вот я беру трхмерный объект и помещаю его в жидкость. Происходит это в поле сил тяжести (нет архимедовой силы в состоянии невесомости). И на верхнюю поверхность объекта жидкость давит (сила направлена вниз) слабее, чем на нижнюю (сила направлена вверх). Вот эта разность и составляет архимедову силу

Источник: http://info-4all.ru/obrazovanie/nauka-i-tehnika/kakov-fizicheskij-smisl-arhimedovoj-sili/

Архимедова сила. 7 класс. Физика. — Объяснение нового материала

Архимедова сила. 7 класс. Физика. - Объяснение нового материала

СИЛА АРХИМЕДА

Зависимость давления в жидкости или газе от глубины погружения тела приводит к появлению выталкивающей силы (или иначе силы Архимеда ), действующей на любое тело, погруженное в жидкость или газ.

Архимедова сила направлена всегда противоположно силе тяжести, поэтому вес тела в жидкости или газе всегда меньше веса этого тела в вакууме. Величина Архимедовой силы определяется по закону Архимеда.

Закон назван в честь древнегреческого ученого Архимеда, жившего в 3 веке до нашей эры.

Открытие основного закона гидростатики — крупнейшее завоевание античной науки. Закон Архимеда, впервые был упомянут им в трактате » О плавающих телах».

Архимед писал: » тела более тяжелые, чем жидкость, опущенные в эту жидкость, будут опускаться пока не дойдут до самого низа, и в жидкости станут легче на величину веса жидкости в объеме, равном объему погруженного тела». Еще одна формула для определения Архимедовой силы:

ИНТЕРЕСНО, что сила Архимеда равна нулю, когда погруженное в жидкость тело плотно, всем основанием прижато ко дну.

Доказательство закона Архимеда для тела произвольной формы.

Мы уже знаем, что сила Архимеда — это равнодействующая сил давления жидкости на все участки тела. На рис. 1, а схематически изображены силы, действующие на участки одинаковой площади для тела произвольной формы. С увеличением глубины эти силы увеличиваются — поэтому равнодействующая всех сил давления и направлена вверх.

Рис.1. К доказательству закона Архимеда для тела произвольной формы

Заменим теперь мысленно погруженное в жидкость тело этой же жидкостью, которая «отвердела», сохранив свою плотность (рис. 1, б). На это «тело» будет действовать такая же сила Архимеда, что и на данное тело: ведь поверхность этого «тела» совпадает с поверхностью выделенного объема жидкости, а силы давления на различные участки поверхности остались такими же.

Выделенный объем жидкости, «плавая» внутри той же жидкости, находится в равновесии.

Значит, действующие на него сила тяжести Fт и сила Архимеда FA уравновешивают друг друга, то есть равны по модулю и направлены противоположно (рис. 1, в).

Для покоящегося тела сила тяжести равна весу — значит, сила Архимеда равна весу выделенного объема жидкости. А это и есть объем погруженной части тела: ведь именно его мы мысленно заменяли жидкостью.

Итак, мы доказали, что на тело произвольной формы действует сила Архимеда, равная по модулю весу жидкости в объеме, занятом телом.

Проведенное доказательство — пример мысленного эксперимента. Это излюбленный прием рассуждений многих ученых. Особенно любил мысленные эксперименты Галилей.

Но выводы, полученные в результате мысленного эксперимента, надо обязательно проверить на настоящем эксперименте: ведь при рассуждениях и допущениях, неизбежных в любом мысленном эксперименте, можно допустить ошибку.

Поэтому мы не ограничимся приведенным теоретическим доказательством закона Архимеда и проверим его на столь же красивом опыте.

Поставим опыт

Подвесим к пружине пустое ведерко (его называют ведерком Архимеда), а к нему — небольшой камень произвольной формы (рис.2,а).

Отметим удлинение пружины и подставим под камень сосуд, в который налита вода до уровня отливной трубки (рис.2,б). При полном погружении камня вытесненная им вода выльется по отливной трубке в стакан.

Мы заметим, что удлинение пружины, благодаря действию выталкивающей силы, уменьшилось.

Рис. 2. Опыт показывает, что сила Архимеда равна весу воды, вытесненной телом

Выльем теперь вытесненную камнем воду из стакана в ведерко Архимеда — этим мы добавим к весу камня как раз вес вытесненной им воды. И мы увидим, что удлинение пружины стало таким же, каким оно было до погружения камня в воду (рис. 2, в). Значит, сила Архимеда действительно равна по модулю весу вытесненной камнем воды!

Если мы повторим опыт, погрузив камень в воду лишь частично, то увидим, что и в этом случае сила Архимеда равна по модулю весу вытесненной камнем воды.

Читайте также:  Почему полумесяц - мусульманский символ

Домашняя работа

Задание 1. Ответь на вопросы.

  1. Сформулируйте закон Архимеда.
  2. Какова природа силы Архимеда?
  3. Действует ли сила Архимеда на тело, которое тонет в воде? Если да, то почему тогда тело тонет?
  4. Плотность тела определяется взвешиванием его в воздухе и в воде. При погружении небольшого тела в воду на его поверхности удерживаются пузырьки воздуха, из-за которых получается ошибка в определении плотности. Больше или меньше получается при этом значение плотности?
  5. Какое заключение можно сделать о величине архимедовой силы, проводя соответствующие опыты на Луне, где сила тяжести в шесть раз меньше, чем на Земле?

Задание 2. Реши ребус.

Источник: https://www.kursoteka.ru/course/2648/lesson

Закон Архимеда

Закон Архимеда

Проделаем опыт (рис. 133). Подвесим к пружине 1 небольшое ведерко 2 и тело цилиндрической формы 3. Отметив положение стрелки-указателя на штативе (рис.

133, а), поместим тело в сосуд, наполненный жидкостью до уровня отливной трубки. При этом часть жидкости, объем которой равен объему тела, выльется из сосуда в находящийся рядом стакан (рис. 133, б).

Одновременно с этим вес тела в жидкости уменьшится и указатель пружины переместится вверх.

Из предыдущего параграфа мы знаем, что вес тела в жидкости уменьшается на величину, равную архимедовой (выталкивающей) силе. Связана ли эта величина с количеством вытесненной телом жидкости? Чтобы выяснить это, перельем эту жидкость из стакана в ведерко 2. Мы увидим, как стрелка-указатель снова возвратится к своему прежнему положению (рис. 133, в).

Это означает, что вытесненная телом жидкость весит столько же, сколько теряет в своем весе погруженное в жидкость тело. Но вес тела в жидкости меньше веса того же тела в воздухе на величину, равную выталкивающей силе.

Поэтому окончательный вывод, к которому мы приходим, можно сформулировать следующим образом:

Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости, вытесненной этим телом.

Этот закон был открыт Архимедом и потому носит его имя — закон Архимеда.

Мы установили этот закон опытным путем. Теперь докажем его теоретически. Для этого заметим, что выталкивающая сила (как равнодействующая всех сил давления, действующих со всех сторон на погруженное в жидкость тело) не зависит от того, из какого вещества сделано это тело.

Если, например, в воде находится шарик, то давление окружающих слоев воды будет одним и тем же независимо от того, сделан ли этот шарик из пластмассы, стекла или стали. (Точно так же давление столба жидкости на дно сосуда не зависит от того, из какого материала изготовлено дно этого сосуда.

) А раз так, то рассмотрим простейший случай, когда погруженное в жидкость тело состоит из той же жидкости, в которую оно погружено. Это (жидкое) тело, как и любая другая часть окружающей жидкости, будет, очевидно, находиться в равновесии.

Поэтому приложенная к нему архимедова сила FА будет уравновешена действующей вниз силой тяжести mжg (где mж —масса жидкости в объеме данного тела):

    FA = mжg .     (47.1)

Но сила тяжести mжg равна весу вытесненной жидкости Рж. Таким образом, FA = Рж, что и требовалось доказать.

Формулу (47.1) можно переписать в другом виде. Учитывая, что масса жидкости mж равна произведению ее плотности ρж на объем Vж, получаем

     FA = ρж Vж g .      (47.2)

Через Vж здесь обозначен объем вытесненной жидкости. Этот объем равен объему той части тела, которая погружена в жидкость. Если тело погружено в жидкость целиком, то он совпадает с объемом V всего тела; если же тело погружено в жидкость частично, то он меньше объема V тела (рис. 134).

Формула (47.2) остается справедливой и для архимедовой силы, действующей в газе; только в этом случае в нее следует подставлять плотность газа и объем вытесненного газа, а не жидкости.

С учетом вышеизложенного закон Архимеда в настоящее время формулируют следующим образом:

На всякое тело, погруженное в покоящуюся жидкость (или газ), действует со стороны этой жидкости (или газа) выталкивающая сила, равная произведению плотности жидкости (или газа), ускорения свободного падения и объема той части тела, которая погружена в жидкость (или газ).

1. Сформулируйте закон Архимеда в старой и современной (более общей) форме. 2. Имеются два шарика одинакового радиуса: деревянный и стальной. Одинаковая ли выталкивающая сила будет действовать на них при их полном погружении в воду? 3. Тело полностью погрузили сначала в чистую воду, а затем — в соленую. В какой воде на тело действовала большая выталкивающая сила? 4.

К коромыслу весов подвешены два цилиндра одинаковой массы: свинцовый и алюминиевый. Весы находятся в равновесии. Нарушится ли равновесие весов, если оба цилиндра одновременно погрузить в воду? 5. К коромыслу весов подвешены два одинаковых по объему алюминиевых цилиндра.

Нарушится ли равновесие весов, если один цилиндр погрузить в воду, а другой (одновременно с первым) — в спирт?

Источник: http://phscs.ru/physics7/archimedes-principle2

Ещё раз об архимедовой силе

Библиографическое описание: Абдурашидов А. М., Акопов В. В. Ещё раз об архимедовой силе // Юный ученый. — 2016. — №5. — С. 60-62. URL: http://yun.moluch.ru/archive/8/534/ (дата обращения: 02.04.2018).

В данной статье рассматривается зависимость архимедовой силы, действующей на тело в жидкости (воде), от температуры. При проведении различных лабораторных работ, связанных с архимедовой силой, действующей на тело в жидкости (воде), необходимо учитывать температуру жидкости (воды).

Ключевые слова: архимедова сила, температура, плотность жидкости, коэффициент объёмного расширения, объём, вода

Известно, что архимедова сила зависит от плотности жидкости и объёма погруженной части тела, и это доказано экспериментально. Различные лабораторные работы выполняются в кабинете физики при температуре от 20°С до 25°С. Ведь известно, что плотность жидкости зависит от её температуры. В лабораторных работах, связанных с жидкостью (например, водой), при расчётах плотность принимается 1000.

Как правило, при уменьшении температуры жидкости её плотность увеличивается. Но есть вещество, чья плотность ведёт себя по-другому — это вода. Все природные материалы расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении.

Единственным исключением из этого правила является вода. Вода имеет наибольшую плотность при температуре +4°С, при которой один литр воды имеет массу один килограмм.

Если вода нагревается или охлаждается относительно этой критической точки, её объём увеличивается, что означает уменьшение плотности, то есть вода становится легче.

А теперь проверим экспериментальным путём зависимость архимедовой силы от температуры воды.

  1.                Подвесим к рычагу два одинаковых тела, добиваемся равновесия и погружаем одно тело в воду комнатной температуры, а второе — в воду с температурой выше комнатной.

Наблюдаем нарушение равновесия: в воде комнатной температуры тело выталкивается сильнее.

  1.                Подвесим к рычагу два одинаковых тела, добиваемся равновесия и погружаем одно тело в воду комнатной температуры, а второе — в воду с температурой ниже комнатной.

Наблюдаем нарушение равновесия: в воде с температурой ниже комнатной тело выталкивается сильнее.

Вывод: таким образом, архимедова сила зависит от температуры воды.

«Жидкости расширяются значительно сильнее твёрдых тел. Они также расширяются во всех направлениях. Объёмное расширение жидкостей характеризуется коэффициентом объёмного расширения β в данном интервале температур.

Объём жидкости при температуре t определяется формулой:

(1)

где V0 — первоначальный объём жидкости при температуре t0,

V — объём жидкости при температуре t,

β — коэффициент объёмного расширения жидкости,

∆ t = t — t0 — изменение температуры жидкости» 1, с. 187.

При нагревании жидкости изменяется не только её объём, но и плотность. Учитывая, что объём и плотность пропорциональны друг другу, то есть

,

тогда выражение (1) примет вид:

(2)

На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая (архимедова) сила, которая выражается формулой:

, (3)

где ρ — плотность жидкости при данной температуре,

g = 9,81 Н/кг — ускорение свободного падения,

VТ — объём тела, погруженного в жидкость.

Рассчитаем архимедову силу при следующих известных физических величинах: тело (алюминиевый цилиндр) объёмом V=17,34∙10–6м3, g = 9,81 Н/кг и ρ=1000 – плотность воды при температуре t = 4°С.

Подставив численные значения физических величин в выражение (3), получим:

.

Таким образом, архимедова сила для данного тела при температуре 4°С, равна 0,1701 Н.

А теперь рассчитаем архимедову силу при температуре воды, равной 25°С. При данной температуре коэффициент объёмного расширения воды возьмём из справочника 2, с. 112: β = 302∙10–6С-1.

Используя выражения (2) и (3), численные значения физических величин, получим:

.

Таким образом, архимедова сила для данного тела при температуре 25°С, равна 0,169 Н:

Сравним полученные значения архимедовой силы, воспользовавшись отношением:

.

Вывод: с увеличением температуры воды архимедова сила уменьшается.

Литература:

  1.                Яворский Б. М., Селезнёв Ю. А. Справочное руководство по физике. Москва. 1975. с. 187.
  2.                Енохович А. С. Справочник по физике и технике. // Просвещение. Москва. 1989. с. 112.

Ключевые слова: архимедова сила, температура, плотность жидкости, коэффициент объёмного расширения, объём, вода.

Аннотация: В данной статье рассматривается зависимость архимедовой силы, действующей на тело в жидкости (воде), от температуры. При проведении различных лабораторных работ, связанных с архимедовой силой, действующей на тело в жидкости (воде), необходимо учитывать температуру жидкости (воды).

Социальные комментарии Cackle

Источник: http://yun.moluch.ru/archive/8/534/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector