Архимед силата

Да направим един прост експеримент: вземете слабо напомпана гумена топка и я "pritopim" във водата. Ако дълбочината на потапяне е дори 1-2 метра, тогава е лесно да се види, че неговият обем ще намалее, т.е. от всички страни топката беше притисната от определена сила. Обикновено се казва, че хидростатичното налягане е "виновно" тук - физичен аналог на силата, действаща в неподвижни течности върху потопеното тяло. Хидростатичните сили действат върху тялото от всички страни и произтичащата от тях, известна като Архимедовата сила, също се нарича плаваща сила, която съответства на нейната посока на действие върху тялото, потопено в течността.

Архимед открива своя закон чисто експериментално,и неговата теоретична обосновка чака почти 2000 години, преди Паскал да открие закона за хидростатиката за фиксирана течност. Съгласно този закон налягането се предава през течността във всички посоки, независимо от зоната, в която тя действа, върху всички равнини, граничещи с течността, и нейната стойност Р е пропорционална на повърхността S и е насочена по нейната нормалност. Паскал открил и изпробвал този закон за опита през 1653 г. Според него хидростатичното налягане действа върху всички повърхности от тялото, потопено в течността.

Да приемем, че тялото е потопено в съд с водаформа на куба с ръб L до дълбочина H е разстоянието от водната повърхност до горната повърхност. Долният ръб е на дълбочина H + L. Векторът на силата F1, действащ на горната повърхност, е насочен надолу и F1 = r * g * H * S, където r е плътността на течността, g е ускорението, дължащо се на гравитацията.

Векторът на силата F2, действащ в долната равнина, е насочен нагоре и неговата стойност се определя от израза F2 = r * g * (H + L) * S.

Векторите на силите, действащи върху страничните повърхности,са взаимно балансирани, затова в бъдеще те са изключени от разглеждане. Архимедовата сила F2> F1 и е насочена отдолу нагоре и се прилага към долната повърхност на куба. Ние определяме неговата стойност F:

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

Обърнете внимание, че L * S е обемът на куба V и т.н. r * g = p е теглото на единица течност, архимедската формула на силата определя теглото на обема на течността, равен на обема на куба, т.е. това е само теглото на течността, изместена от тялото. Интересно е да се каже, че законът на Архимед е възможен само за среда, в която е налице тежестта - при нулева гравитация законът не работи. Накрая формулата на закона на Архимед има следната форма:

F = p * V, където p е специфичното тегло на течността.

Архимедовата сила може да послужи като основа за товаплаващ анализ на телата. Условието за анализа е съотношението на теглото на потопеното тяло Pm и теглото на течността Pg с обем, равен на обема на потопената част на тялото. Ако Рт = Рж, тогава тялото плава в течността, а ако Рт> Рж, тогава тялото потъва. В противен случай тялото се появява, докато плаващата сила е равна на теглото на водата, изтласкана от удавната част на тялото.

Законът на Архимед и неговото използване са дългиистория в областта на техниката, като се започне с класически пример за използването на всички познати и плаващи съоръжения на дирижабли и балони. Ролята тук се дължи на факта, че газът се отнася до състояние на материя, което напълно симулира течността. По този начин, във въздуха среда за всеки обект плавателност сила действа подобно същото както в течността. Първите опити за извършване на полет въздушен балон взеха Монголфие братя - те попълнено балон с топъл дим, така че теглото на затворник в въздушен балон е по-малко от теглото на един и същ обем студен въздух. Това е причината за лифта, и неговата стойност се определя като разликата в теглото на двата тома. По-нататъшно подобрение на балоните е горелка, която непрекъснато нагрява въздуха вътре в топката. Ясно е, че обхватът на полета зависи от продължителността на горелката. По-късно, на дирижабли, за пълнене се използва газ със специфично тегло, по-нисък от този на въздуха.