Форма на Архимедова сила. Пловна сила. Опис, формула. Хидростатички притисок и Архимедов закон

Тело потопено во течност или гас подлежи на пловна сила еднаква на тежината на течноста или гасот поместени од ова тело.

Во интегрална форма

Моќта на Архимедсекогаш е насочен спротивно на силата на гравитацијата, затоа тежината на телото во течност или гас е секогаш помала од тежината на ова тело во вакуум.

Ако телото плови на површина или се движи рамномерно нагоре или надолу, тогаш пловната сила (исто така т.н. Архимедска сила) е еднаква по големина (и спротивна во насока) на силата на гравитацијата што делува на волуменот на течноста (гасот) поместена од телото и се применува на центарот на гравитација на овој волумен.

Што се однесува до телата кои се во гас, на пример во воздухот, за да ја пронајдете силата на кревање (сила на Архимед), треба да ја замените густината на течноста со густината на гасот. На пример, балон со хелиум лета нагоре поради фактот што густината на хелиумот е помала од густината на воздухот.

Во отсуство на гравитационо поле (Гравитација), односно во состојба на бестежинска состојба, Законот на Архимедне функционира. Астронаутите се доста запознаени со овој феномен. Конкретно, во нулта гравитација не постои феномен на конвекција (природно движење на воздухот во вселената), затоа, на пример, воздушното ладење и вентилацијата на дневните прегради на вселенските летала се врши насилно од вентилатори

Во формулата што ја користевме:

Силата на Архимед

Густина на течност

Архимедов закон е закон за статика на течности и гасови, според кој на телото потопено во течност (или гас) дејствува пловна сила еднаква на тежината на течноста во волуменот на телото.

Позадина

"Еурека!" („Пронајдено!“) - ова е извикот, според легендата, направен од античкиот грчки научник и филозоф Архимед, кој го открил принципот на репресија. Легендата вели дека кралот на Сиракуза Херон II побарал од мислителот да утврди дали неговата круна е направена од чисто злато без да ѝ наштети на самата кралска круна. Не беше тешко да се измери круната на Архимед, но тоа не беше доволно - беше неопходно да се одреди волуменот на круната за да се пресмета густината на металот од кој е излеана и да се утврди дали е чисто злато. Потоа, според легендата, Архимед, преокупиран со размислувања како да се одреди волуменот на круната, се втурнал во бањата - и одеднаш забележал дека нивото на водата во бањата се зголемило. И тогаш научникот сфатил дека волуменот на неговото тело помести еднаков волумен на вода, затоа, круната, ако се спушти во слив исполнет до работ, ќе помести волумен на вода еднаков на неговиот волумен. Решението за проблемот било пронајдено и, според најчестата верзија на легендата, научникот истрчал да ја пријави својата победа во кралската палата, без воопшто да се потруди да се облече.

Сепак, она што е точно е точно: Архимед беше тој што го откри принципот на пловност. Ако цврсто тело е потопено во течност, тоа ќе помести волумен на течност еднаков на волуменот на делот од телото потопен во течноста. Притисокот што претходно дејствувал на поместената течност сега ќе делува на цврстото тело што ја поместило. И, ако пловната сила што дејствува вертикално нагоре се покаже дека е поголема од силата на гравитацијата што го влече телото вертикално надолу, телото ќе лебди; во спротивно ќе потоне (дави). Во современиот јазик, телото плови ако неговата просечна густина е помала од густината на течноста во која е потопено.

Архимедов закон и молекуларна кинетичка теорија

Во течност во мирување, притисокот се создава од влијанието на движечките молекули. Кога одреден волумен на течност е поместен од цврсто тело, нагорниот импулс на судирите на молекулите ќе падне не на течните молекули поместени од телото, туку на самото тело, што го објаснува притисокот што се врши врз него одоздола и туркањето кон површината на течноста. Ако телото е целосно потопено во течноста, пловната сила ќе продолжи да дејствува на него, бидејќи притисокот се зголемува со зголемувањето на длабочината, а долниот дел од телото е подложен на поголем притисок од горниот, каде што пловната сила се јавува. Ова е објаснувањето на пловната сила на молекуларно ниво.

Оваа шема на туркање објаснува зошто бродот направен од челик, кој е многу погуст од водата, останува да плови. Факт е дека волуменот на вода поместена од брод е еднаков на волуменот на челик потопен во вода плус волуменот на воздухот содржан во трупот на бродот под водената линија. Ако ја просечеме густината на обвивката на трупот и воздухот во него, излегува дека густината на бродот (како физичко тело) е помала од густината на водата, па затоа на него дејствува пловната сила како резултат на нагорните импулси на удар на молекулите на водата се покажува дека е повисока од гравитационата сила на привлекување на Земјата, влечејќи го бродот кон дното - и бродот плови.

Формулација и објаснувања

Фактот дека одредена сила делува на тело потопено во вода е добро познато на сите: тешките тела се чини дека стануваат полесни - на пример, нашето сопствено тело кога се потопуваат во бања. Кога пливате во река или море, лесно можете да кревате и преместувате многу тешки камења по дното - оние што не можат да се подигнат на копно. Во исто време, лесните тела се спротивставуваат на потопување во вода: потонувањето на топка со големина на мала лубеница бара и сила и умешност; Најверојатно нема да биде можно да се потопи топка со дијаметар од половина метар. Интуитивно е јасно дека одговорот на прашањето - зошто едно тело плови (а друго тоне) е тесно поврзан со ефектот на течноста врз телото потопено во него; човек не може да се задоволи со одговорот дека лесните тела пловат, а тешките тонат: челична плоча, се разбира, ќе потоне во вода, но ако од неа направите кутија, тогаш може да лебди; сепак, нејзината тежина не се променила.

Постоењето на хидростатички притисок резултира со пловна сила која делува на кое било тело во течност или гас. Архимед беше првиот што експериментално ја одреди вредноста на оваа сила во течностите. Законот на Архимед е формулиран на следниов начин: тело потопено во течност или гас подлежи на пловна сила еднаква на тежината на количината на течност или гас што е поместена од потопениот дел од телото.

Формула

Силата на Архимед што дејствува на тело потопено во течност може да се пресмета со формулата: Ф A = ρ f gVпеток,

каде ρl е густината на течноста,

g – забрзување на слободен пад,

Vpt е волуменот на делот од телото потопен во течноста.

Однесувањето на телото сместено во течност или гас зависи од односот помеѓу модулите на гравитација Ft и Архимедската сила FA, кои дејствуваат на ова тело. Можни се следните три случаи:

1) Ft > FA – телото тоне;

2) Ft = FA – телото плови во течност или гас;

3) Ft< FA – тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Зошто можеме да лежиме на површината на морето без да потонеме на дното? Зошто тешките бродови пловат на површината на водата?

Веројатно постои некаква сила која ги турка луѓето и чамците, односно сите тела надвор од водата и им овозможува да лебдат на површината.

Зависноста на притисокот во течноста или гасот од длабочината на потопување на телото доведува до појава на пловна сила, или на друг начин Архимедовата сила, која дејствува на секое тело потопено во течност или гас. Ајде внимателно да ја разгледаме силата на Архимед користејќи пример.

Сите лансиравме чамци низ баричките. Што е брод без капетан? Што забележавме? Бродот тоне подлабоко под тежината на капетанот. Што ако ставиме пет или осум капетани на нашиот брод? Нашиот брод потона на дното.

Што можеме да научиме корисно од ова искуство? Кога тежината на бродот се зголеми, видовме дека чамецот потона пониско во водата. Односно, телесната тежина го зголеми притисокот врз водата, но силата на пловност остана иста.

Кога тежината на телото ја надмина големината на пловната сила, чамецот, под влијание на оваа сила, потона на дното. Односно, постои пловна сила која е иста за одредено тело, но различна за различни тела.

Пловечката сила, позната и како Архимедова сила, која делува на тело потопено во течност е еднаква на тежината на течноста поместена од ова тело.

Тула, како што сите знаат, во секој случај ќе потоне на дното, но дрвената врата не само што ќе лебди на површината, туку може да собере и неколку патници. Оваа сила се нарекува Архимедова сила и се изразува со формулата:

Fout = g*m f = g* ρ f * V f = P f,

каде што m е масата на течноста,

а Pf е тежината на течноста поместена од телото.

И бидејќи нашата маса е еднаква на: m f = ρ f * V f, тогаш од формулата на архимедовата сила гледаме дека таа не зависи од густината на потопеното тело, туку само од волуменот и густината на поместената течност од страна на телото.

Архимедската сила е векторска величина. Причината за постоењето на пловната сила е разликата во притисокот на горните и долните делови на телото.Притисокот наведен на сликата е P 2 > P 1 поради поголемата длабочина. За да се појави силата на Архимед, доволно е телото да биде барем делумно потопено во течноста.

Значи, ако телото плови на површината на течноста, тогаш пловната сила што дејствува на делот од ова тело потопен во течноста е еднаква на гравитационата сила на целото тело. Ако густината на телото е поголема од густината на течноста, тогаш телото тоне, ако е помало, тогаш плови.

Телото потопено во течност ја губи својата тежина точно колку и тежината на водата што ја исфрла. Затоа, природно е да се претпостави дека ако тежината на телото е помала од тежината на водата со ист волумен, тогаш тоа ќе лебди на површината, а ако е повеќе, ќе се удави.

Ако тежината на телото и водата е еднаква, тогаш телото може неверојатно добро да плива во водата, како што прават сите водни жители. Густината на организмите кои живеат во вода скоро и да не се разликува од густината на водата, па затоа не им требаат силни скелети!

Рибите ја регулираат нивната длабочина на нуркање со промена на просечната густина на нивното тело. За да го направат ова, тие треба само да го променат волуменот на мочниот меур за пливање со контракција или опуштање на мускулите.

Во близина на брегот на Египет, има неверојатна риба фагак. Приближувањето на опасност го принудува фагакот брзо да проголта вода. Во исто време, во рибниот хранопровод се јавува брзо распаѓање на прехранбените производи со ослободување на значителна количина на гасови. Гасовите ја исполнуваат не само активната празнина на хранопроводникот, туку и слепиот израсток прикачен на него. Како резултат на тоа, телото на фагакот многу отекува и, во согласност со законот на Архимед, брзо исплива на површината на резервоарот. Овде тој плива, виси наопаку, додека не исчезнат гасовите што се ослободуваат во неговото тело. По ова, гравитацијата го спушта до дното на резервоарот, каде што се засолни меѓу долните алги.

Инструкции

Архимедската сила се јавува поради разликата во притисокот на водата на ниво на горните и долните делови на телото. Колона вода со висина h1 притиска на горниот дел со сила еднаква на тежината на оваа . На долниот дел делува сила еднаква на тежината на столбот со висина h2. Оваа висина се одредува со додавање на h1 и висината на самото тело. Според законот на Паскал, притисокот во течност или гас се распределува рамномерно во сите правци. Вклучувајќи и нагоре.

Очигледно, силата што дејствува нагоре е поголема од силата што дејствува надолу. Но, треба да се забележи дека се зема предвид само ефектот на течната колона. Пловечката сила не зависи од сопствената тежина на телото. Во пресметките не се користат ниту материјалот од кој е направена каросеријата, ниту неговите други квалитети, освен димензиите. Пресметката на архимедовата сила се заснова само на густината на течноста и геометриските димензии на потопениот дел.

Постојат два начина, Архимедовата сила која делува на тело потопено во течност. Првиот се состои од мерење на волуменот на телото и пресметување на тежината на течноста што зафаќа сличен волумен. За да го направите ова, неопходно е телото да има правилна геометриска форма, односно да е коцка, паралелепипед, сфера, хемисфера, конус. Многу е тешко да се пресмета волуменот на цврсто тело со посложен облик, па за да се одреди Архимедовата сила во овој случај постои попрактичен метод бр. 2. Но повеќе за тоа подоцна.

Откако го одредивме волуменот на потопеното тело, го множиме со густината на течноста и ја наоѓаме големината на пловната сила што дејствува на ова тело во хомогена средина со дадена густина и на забрзувањето на слободен пад g (9,8 m/ s2). Формулата за одредување на силата на Архимед изгледа вака:
F=ρgV
ρ е специфичната густина на течноста;
g - забрзување на слободен пад;
V е волуменот на поместената течност.
Како и секоја сила, таа се мери во Њутни (N).

Вториот метод се заснова на мерење на волуменот на поместената течност. Најтесно одговара на искуството што го навело Архимед до откривањето на неговиот закон. Овој метод е исто така многу удобен при пресметување на Архимедовата сила за делумно потопување на телото. За да се добијат потребните податоци, телото што се испитува се суспендира на конец и полека се спушта во течноста.

Доволно е да се измери нивото на течност во садот пред и по потопувањето на телото, да се помножи разликата во нивоата со површината и да се најде волуменот на поместената течност. Како и во првиот случај, овој волумен го множиме со густината на течноста и g. Резултирачката вредност е силата на Архимед. За единицата на сила да биде Њутн, волуменот мора да се мери во m3, а густината во kg/m3.

Цели на лекцијата: да се потврди постоењето на пловна сила, да се разберат причините за нејзиното појавување и да се извлечат правила за нејзино пресметување, да се придонесе за формирање на идеја за светоглед за познавањето на феномените и својствата на околниот свет.

Цели на часот: Работете на развивање на вештини за анализирање на својствата и појавите врз основа на знаење, нагласете ја главната причина што влијае на резултатот. Развијте комуникациски вештини. Во фазата на изнесување хипотези, развијте орален говор. Да се ​​провери нивото на самостојно размислување на ученикот во однос на примената на знаењето од страна на учениците во различни ситуации.

Архимед е извонреден научник на Античка Грција, роден во 287 година п.н.е. во пристанишниот и бродоградежниот град Сиракуза на островот Сицилија. Архимед добил одлично образование од неговиот татко, астрономот и математичар Фидијас, роднина на тиранинот од Сиракуза Хиеро, кој го покровител Архимед. Во младоста поминал неколку години во најголемиот културен центар во Александрија, каде развил пријателски односи со астрономот Конон и географ-математичарот Ератостен. Ова беше поттик за развој на неговите извонредни способности. Тој се вратил во Сицилија како зрел научник. Тој стана познат по своите бројни научни трудови, главно од областа на физиката и геометријата.

Последните години од животот, Архимед бил во Сиракуза, опколен од римската флота и војска. Втората пунска војна беше во тек. И големиот научник, не штедејќи напор, ја организира инженерската одбрана на својот роден град. Тој изградил многу неверојатни борбени возила кои потопувале непријателски бродови, ги искршиле на парчиња и уништувале војници. Меѓутоа, војската на бранителите на градот била премала во споредба со огромната римска војска. И во 212 п.н.е. Сиракуза беше одземена.

На генијот на Архимед, Римјаните му се восхитувале и римскиот командант Марцел наредил да му го поштедат животот. Но, војникот, кој не го познавал Архимед по видување, го убил.

Едно од неговите најважни откритија бил законот, подоцна наречен закон на Архимед. Постои легенда дека идејата за овој закон дошла кај Архимед додека се капел, со извикот „Еурека! скокна од бањата и истрча гол да ја запише научната вистина што му дошла. Суштината на оваа вистина останува да се разјасни; ние треба да го потврдиме постоењето на пловната сила, да ги разбереме причините за нејзиното појавување и да изведеме правила за нејзино пресметување.

Притисокот во течност или гас зависи од длабочината на потопување на телото и доведува до појава на пловна сила која дејствува на телото и е насочена вертикално нагоре.

Ако телото се спушти во течност или гас, тогаш под дејство на пловна сила тоа ќе лебди од подлабоките слоеви кон поплитките. Дозволете ни да изведеме формула за одредување на силата на Архимед за правоаголен паралелепипед.

Притисокот на течноста на горниот дел од лицето е еднаков на

каде што: h1 е висината на течната колона над горниот раб.

Сила на притисок на врвот работ е еднаков

F1= p1*S = w*g*h1*S,

Каде: S - површина на горниот дел од лицето.

Притисокот на течноста на долниот дел од лицето е еднаков на

каде што: h2 е висината на течната колона над долниот раб.

Силата на притисок на долниот раб е еднаква на

F2= p2*S = w*g*h2*S,

Каде: S е плоштината на долната страна на коцката.

Бидејќи h2 > h1, тогаш р2 > р1 и F2 > F1.

Разликата помеѓу силите F2 и F1 е еднаква на:

F2 – F1 = w*g*h2*S – w*g*h1*S = w*g*S* (h2 – h1).

Бидејќи h2 – h1 = V е волумен на тело или дел од тело потопено во течност или гас, тогаш F2 – F1 = w*g*S*H = g* w*V

Производот на густина и волумен е масата на течноста или гасот. Затоа, разликата во силите е еднаква на тежината на течноста поместена од телото:

F2 – F1= mf*g = Пж = Фут.

Пловечката сила е Архимедовата сила, која го дефинира Архимедовиот закон

Резултатот од силите што делуваат на страничните страни е нула, затоа не е вклучен во пресметките.

Така, телото потопено во течност или гас искусува пловна сила еднаква на тежината на течноста или гасот поместен од него.

Законот на Архимед првпат го спомнал Архимед во неговиот трактат За лебдечки тела. Архимед напишал: „телата потешки од течноста, потопени во оваа течност, ќе потонат додека не стигнат до самото дно, а во течноста ќе станат полесни од тежината на течноста во волумен еднаков на волуменот на потопеното тело. ”

Да разгледаме како зависи Архимедовата сила и дали зависи од тежината на телото, волуменот на телото, густината на телото и густината на течноста.

Врз основа на формулата на Архимедовата сила, зависи од густината на течноста во која е потопено телото и од волуменот на ова тело. Но, тоа не зависи, на пример, од густината на супстанцијата на телото потопено во течноста, бидејќи оваа количина не е вклучена во добиената формула.
Сега да ја одредиме тежината на телото потопено во течност (или гас). Бидејќи двете сили што дејствуваат на телото во овој случај се насочени во спротивни насоки (силата на гравитацијата е надолу, а архимедовата сила е нагоре), тогаш тежината на телото во течноста ќе биде помала од тежината на телото во вакуум од Архимедовата сила:

P A = m t g – m f g = g (m t – m f)

Така, ако телото е потопено во течност (или гас), тогаш тоа губи тежина колку што тежи течноста (или гасот) што ја поместил.

Оттука:

Силата на Архимед зависи од густината на течноста и волуменот на телото или неговиот потопен дел и не зависи од густината на телото, неговата тежина и волуменот на течноста.

Определување на силата на Архимед со лабораториски метод.

Опрема: чаша чиста вода, чаша солена вода, цилиндар, динамометар.

Напредок:

• одредување на тежината на телото во воздухот;
• одреди ја тежината на телото во течноста;
• најдете ја разликата помеѓу тежината на телото во воздух и тежината на телото во течност.

4. Резултати од мерењето:

Заклучете како силата на Архимед зависи од густината на течноста.

Пловечката сила делува на тела од која било геометриска форма. Во технологијата најзастапени тела се цилиндрични и сферични форми, тела со развиена површина, шупливи тела во форма на топка, правоаголен паралелепипед или цилиндар.

Гравитационата сила се применува на центарот на масата на телото потопено во течност и е насочена нормално на површината на течноста.

Силата на кревање делува на телото од страната на течноста, е насочена вертикално нагоре и се применува на центарот на гравитација на поместениот волумен на течноста. Телото се движи во насока нормална на површината на течноста.

Ајде да ги дознаеме условите за пловечки тела, кои се засноваат на законот на Архимед.

Однесувањето на телото сместено во течност или гас зависи од односот помеѓу модулите на гравитација F t и Архимедовата сила F A , кои делуваат на ова тело. Можни се следните три случаи:

• F t > F A - телото се дави;
• F t = F A - телото плови во течност или гас;
• Ф т< F A - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Друга формулација (каде што P t е густината на телото, P s е густината на медиумот во кој е потопен):

• P t > P s - телото тоне;
• P t = P s - телото плови во течност или гас;
• П т< P s - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Густината на организмите кои живеат во вода е речиси иста како и густината на водата, така што не им требаат силни скелети! Рибите ја регулираат нивната длабочина на нуркање со промена на просечната густина на нивното тело. За да го направат ова, тие треба само да го променат волуменот на мочниот меур за пливање со контракција или опуштање на мускулите.

Ако телото лежи на дното во течност или гас, тогаш силата на Архимед е нула.

Принципот на Архимед се користи во бродоградба и аеронаутика.

Дијаграм на лебдечко тело:

Линијата на дејство на силата на гравитација на телото G поминува низ тежиштето K (центар на поместување) на поместениот волумен на течност. Во нормална положба на пловечко тело, тежиштето на телото Т и центарот на поместување К се наоѓаат по истата вертикала, наречена оска на пливање.

При тркалање, центарот на поместување K се поместува до точката K1, а силата на гравитација на телото и архимедската сила FA формираат пар сили кои имаат тенденција или да го вратат телото во првобитната положба или да ја зголемат ролната.

Во првиот случај, пловечкото тело има статичка стабилност, во вториот случај нема стабилност. Стабилноста на телото зависи од релативната положба на тежиштето на телото Т и метацентарот М (точката на пресекот на линијата на дејство на архимедовата сила при тркалање со оската на пловидба).

Во 1783 година, браќата МОНТГОЛФИЕР направиле огромна хартиена топка, под која ставиле чаша со запален алкохол. Балонот се наполнил со топол воздух и почнал да се крева, достигнувајќи височина од 2000 метри.