Действие жидкости и газа на погруженное в них тело
advertisement
МКОУ СОШ п. Заря Действие жидкости на погружённое в неё тело. Сила Архимеда Работу выполнил ученик 11 класса Ишутинов Иван 2010 год • Если погрузить в воду мячик, наполненный воздухом, и отпустить, то мы увидим, как он тут же всплывет. То же самое произойдет и с щепкой, пробкой и многими другими телами. Какая сила заставляет их всплывать? • Когда тело погружают в воду, на него со всех сторон начинают действовать силы давления воды (рис. 130, а). В каждой точке тела эти силы направлены перпендикулярно его поверхности. Если бы все эти силы были одинаковы, то тело испытывало бы лишь всестороннее сжатие. Но на разных глубинах гидростатическое давление различно: оно возрастает с увеличением глубины. Поэтому силы давления, приложенные к нижним участкам тела, оказываются больше сил давления, действующих на тело сверху. Преобладающие силы давления действуют в направлении снизу вверх. Это и заставляет тело всплывать. • Заменим все силы давления, приложенные к погруженному в воду телу, одной (результирующей или равнодействующей) силой, оказывающей на тело то же самое действие, что и все эти отдельные силы вместе. Поскольку эта сила направлена вверх, ее называют выталкивающей силой. Есть у нее и другое название архимедова сила (по имена Архимеда, который впервые указал на ее существование и установил, от чего она зависит). На рисунке 130,6 эта сила обозначена как FA • Архимедова (выталкивающая) сила действует на тело не только в воде, но и внутри любой другой жидкости, так как во всех жидкостях существует гидростатическое давление, разное на разных глубинах. Более того, эта сила действует и в газах, благодаря чему летают воздушные шары и дирижабли. Архимед • Чтобы понять, почему в одних случаях тела тонут, а в других всплывают, следует учесть, что на любое тело, погруженное в жидкость, действует не только выталкивающая (архимедова) сила FA направленная вертикально вверх, но и сила притяжения к Земле (сила тяжести) Fт, направленная вертикально вниз. От того, какая из этих сил больше, и будет зависеть "судьба" погруженного в жидкость тела. Если это тело было оставлено внутри жидкости в состоянии покоя, то при наличии обеих сил оно начнет двигаться в ту сторону, в которую направлена большая из них. При этом возможны следующие случаи: • 1) если архимедова сила меньше силы тяжести (FA< Fт), то тело будет опускаться на дно, т.е. тонуть (рис. 131,а); 2) если архимедова сила больше силы тяжести (FA>Fт), то тело будет подниматься вверх, т.е. всплывать (рис. 131,6); 3) если архимедова сила равна силе тяжести (FA=Fт), то тело будет оставаться в покое. • Благодаря выталкивающей силе вес любого тела, находящегося в воде (или в любой другой жидкости), оказывается меньше, чем в воздухе (а в воздухе меньше, чем в безвоздушном пространстве) . В этом легко убедиться на опыте. Для этого достаточно прикрепить груз к динамометру (или к пружине со стрелкой-указателем) и, запомнив положение стрелкиуказателя, опустить груз (не отсоединяя его от динамометра) в сосуд с водой. Мы увидим, как стрелка-указатель прибора переместится вверх, показывая уменьшение веса (рис. 132). • • Уменьшение веса происходит и при переносе тела из вакуума в воздух (или какой-либо другой газ). Если вес тела в вакууме (например, в сосуде, из которого откачан воздух) равен PO, то его вес в воздухе будет равен: Рв возд = PO - F'A (46.1) где F'A - архимедова сила, действующая на данное тело в воздухе. Для большинства обычных тел (не взлетающих вверх, подобно воздушному шару) эта сила ничтожно мала по сравнению с весом тела в вакууме, и потому ею можно пренебречь. В таких случаях мы будем считать, что Рв возд = PO = mg Вес тела в жидкости уменьшается значительно сильнее, чем в воздухе. Если вес тела в воздухе Рв возд = PO, то вес тела в жидкости оказывается равным: Рв жидк = PO - FA (46.2) где FA- архимедова сила, действующая на это тело в данной жидкости. • Из последней формулы следует, что FA = PO - Рв жидк • Поэтому для нахождения архимедовой силы, действующей на то или иное тело внутри какойлибо жидкости, следует взвесить это тело в воздухе и в жидкости, а затем найти разность полученных значений. Это и будет архимедова (выталкивающая) сила. Спасибо за внимание !
