Сила архимеда в воздухе

Содержание
  1. Сила Архимеда. Почему не тонут корабли?
  2. Формула
  3. Почему же все-таки не тонут корабли?
  4. Сила Архимеда
  5. Закон Архимеда
  6. Сила Архимеда в жидкости и газе
  7. Примеры задач с силой Архимеда
  8. Закон Архимеда, или Как распознать ложь?
  9. Действие жидкости и газа на погруженное в них тело
  10. Формулы
  11. Тест «Закон Архимеда»
  12. Архимедова сила
  13. Как был открыт Закон Архимеда
  14. Почему корабль плавает?
  15. Сила тяжести и Архимедова сила
  16. Почему подводная лодка может и плавать, и опускаться на дно?
  17. Воздухоплавание
  18. Воздушный шар как транспортное средство
  19. Конструкция воздушного шара
  20. Недостатки воздушных шаров
  21. Закон Архимеда: история открытия и суть явления для чайников
  22. Интересные факты и легенды из жизни и смерти Архимеда
  23. Роль Архимеда в осаде Сиракуз
  24. Смерть Архимеда
  25. Как был открыт закон Архимеда и происхождение знаменитой “Эврика!”
  26. Суть закона Архимеда
  27. Сила Архимеда – природа, определение и формулы
  28. Принцип плавучести
  29. Практическое применение
  30. Открытие закона

Сила Архимеда. Почему не тонут корабли?

Сила архимеда в воздухе

Каждый видел, как огромный, тяжеленный, металлический корабль плывет себе спокойно и даже не думает уходить под воду, а маленький гвоздик из того же метала, моментально тонет. Почему же такая несправедливость?

источник: Яндекс

Все дело в выталкивающей Архимедовой силе. Она действует на тела, которые погружены в жидкость или газ. Такая сила будет направленна обратно от силы притяжения, действующей на тело.

А замечали, какими силачами вы становитесь в воде? Вы совершенно спокойно можете поднять взрослого человека. Все дело в том, что по закону Архимеда, тело, погруженное в жидкость, вытесняет ее в некотором количестве. И вес этой вытесненной жидкости будет равен потере веса тела.

Реклама Не каждый студент может себе позволить за семестр в ВУЗе отдать100 000 ₽. Но круто, что естьгрантына учебу.Грант-на-вуз.рфэтовозможность учиться на желанной специальности.По ссылкекаждый получит бонус от300 ₽до100 000 ₽грант-на-вуз.

рф

По легенде, Архимед додумался до этого, когда ему поручили разоблачить мастера, который делал золотую корону царю Гиерону. У царя появились сомнения насчет честности мастера, и того, что корона из чистого золота. Чтобы это выяснить, нужно было вычислить объем короны, чтобы можно было сравнить его с объемом золота той же массы, что и корона.

Если они совпадут, то никакого обмана нет. Именно этими вычислениями и занимался Архимед. Но тогда с нахождением объема тел неправильной формы были проблемы. И Архимед начал ломать голову над тем, как же это сделать. Ответ пришел ему, когда он принимал в ванну. Он заметил, что при погружении тела в ванну с водой, часть воды вытесняется.

Он смог применить этот метод к вычислению объема короны и тем самым разоблачил лжеца.

источник: Яндекс

Формула

Выведем формулу для вычисления силы Архимеда через, известную всем, формулу силы притяжения:

F = mg

В этой формула m – масса тела, на которое действует сила притяжения, а g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2).

Если мы погрузим это тело в жидкость или газ, то на него начнет действовать вытесняющая сила Архимеда. Запишем ее в виде формулы:

F(Архимеда) = m(жидкости)g

Здесь указывается масса жидкости, которая вытесняется при погружении тела. Ее можно разложить на следующие составляющие:

m = ρV

Где ρ – плотность вытесненной жидкости, V – объем тела, вытесняющего эту жидкость.

Таким образом, формула для Архимедовой силы превращается в:

источник: Яндекс

Почему же все-таки не тонут корабли?

Для начала разберемся, что влияет на положение тела в воде. На все тела на планете действует сила Земного притяжения. При погрузке в воду, на тело начинает действовать Архимедова сила, которая направлена в обратную сторону и может вытолкнуть тело из воды. Тут есть 3 варианта развития событий:

  1. Сила Архимеда больше силы притяжения. При таком раскладе тело будет выталкиваться из воды.
  2. Сила Архимеда равна силе притяжения. Тогда тело будет находиться в равновесии, в каком бы месте жидкости оно не оказалось
  3. Сила Архимеда меньше силы притяжения. Тогда тело пойдет ко дну.

Из формул силы притяжения и Архимедово силы, мы знаем, что соотношение этих сил будет зависеть от объема тела и плотности воды и тела. Так если плотность корабля будет меньше плотности воды, то Архимедова сила будет больше веса тела, и корабль не потонет.

Корабли хоть и делают из металла, но внутри у них много воздуха, что делает плотность корабля меньше плотности воды. Та часть, которая находится под водой, занимает достаточно большой объем, чтобы Архимедова сила была больше силы притяжения.

Поэтому корабль спокойно плавает по поверхности воды.

источник: Яндекс

В случае с подводными лодками, существуют специальные камеры, для регулирования ее плотности. Чтобы совершить погружение, эти камеры заливаются водой, плотность становится больше, и соответственно лодка погружается под воду. Чтобы вернуться на поверхность, камеры заполняются сжатым воздухом.

Реклама Напоминаем про сервисгрант-на-вуз.рф. Не упусти свой шанс изучать то, что тебе нравится. Ну или просто сэкономить на учебе. Ты точно получишьот300 ₽до100 000 ₽,перейдя по ссылкегрант-на-вуз.рф!Спасибо, что прочитали статью. Не забывайте про подписку на канал, а также рекомендую почитать канал наших друзей:https://zen.yandex.ru/fgbnuac— последние научные достижения и лучшие образовательные практики.Хорошего дня и не болейте.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/studystudent/sila-arhimeda-pochemu-ne-tonut-korabli-5eca9ad916dc9e6bc0902ed4

Сила Архимеда

Сила архимеда в воздухе

Из опыта нам известно, что тело, находящееся в жидкости, весит меньше, чем, если оно находится в воздухе. Следовательно, на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила. Величину этой силы определил ученый из древней Греции – Архимед.

Определение

Сила, с которой жидкость или газ действует на тело, погруженное в вещество, называют силой Архимеда (выталкивающей силой).

Данная сила появляется вследствие того, что давление жидкости (газа) увеличивается с ростом глубины. Получается, что сила давления, которая действует на тело со стороны жидкости (газа) снизу вверх больше, чем сила давления, направленная сверху вниз.

Закон Архимеда

Пусть тело в виде прямоугольного параллелепипеда полностью погрузили в жидкость рис.1. Будем считать, что верхнее и нижнее основания расположены горизонтально.

Силы, которые действуют на боковые грани параллелепипеда, уравновешиваются. Они лишь сжимают параллелепипед. Силы, действующие на верхнюю и нижнюю грани тела не равны между собой. Сила ($F_1$), с которой столб жидкости действует на верхнюю грань, равна:

\[F_1=p_1S=\rho gh_1S\ \left(1\right),\]

где $\rho $ – плотность жидкости; $S$ – площадь основания; $h_1$ – высота столба жидкости над верхним основанием параллелепипеда. Отметим, что давление атмосферы на жидкость мы не учитываем.

Величина силы, с которой жидкость действует на нижнее основание параллелепипеда, равна:

\[F_2=p_2S=\rho gh_2S\ \left(2\right),\]

где $h_2$ – высота столба жидкости над нижним основанием. Так как $h_2>h_1$, значит $F_2>F_1$. Модуль равнодействующей силы, действующей на тело со стороны жидкости:

\[F_A=F_2-F_1=\rho g{S(h}_2-h_1)\ (3).\ \]

Если обозначить высоту параллелепипеда как $h=h_2-h_1$, тогда имеем:

\[F_A=\rho gSh=\rho gV\ \left(4\right),\]

где $V$ – объем параллелепипеда. Если тело находится в жидкости (газе) не целиком, то под V понимают объем находящийся в веществе (жидкости, газе). Правую часть выражения еще называют весом жидкости, которую вытесняет тело, погруженное в нее.

Сила Архимеда в жидкости и газе

На тело, находящееся в жидкости или газе, действует сила Архимеда, величина которой равна весу вещества (жидкости или газа) в объеме погруженной части тела. Сила Архимеда направлена вертикально вверх.

Данный закон выполняется для тел любой формы.

Сила Архимеда позволяет плавать лодкам и разного рода кораблям, несмотря на то, что плотность материала, из которого сделан корпус транспортного средства в несколько раз больше, чем плотность воды. Необходимо только чтобы вес воды, которую вытесняет подводная часть судна, был равен силе тяжести, которая действует на судно. Средняя же плотность корабля меньше плотности воды.

Сила Архимеда действует на тела находящиеся в воздухе. Но так как плотность воздуха мала, действием этой силы часто пренебрегают. В состоянии невесомости сила Архимеда равна нулю. В состоянии невесомости нет гидростатического давления.

Следует учесть, рассуждая о действии силы Архимеда, мы имеем в виду, что тело окружено жидкостью (газом), может быть за исключением своей верхней части.

Если тело примыкаем ко дну сосуда или его стенке, то равнодействующая сил гидростатического давления станет прижимать тело ко дну или стенке.

В этой связи, например, присасываются ко дну якоря кораблей, и если якорь лежит на большой глубине, то его крайне сложно оторвать от дна.

Примеры задач с силой Архимеда

Пример 1

Задание. Чему равно отношение силы трения ($F_{tr}$), которая действует на шарик, движущийся с постоянной скоростью вверх в жидкости, к силе тяжести ($mg$), если плотность жидкости (${\rho }_g$) в $n$ раз больше плотности материала шарика (${\rho }_{sh}$)?

Решение. Сделаем рисунок.

Запишем второй закон Ньютона для сил, действующих на шарик, учтем, что шарик всплывает равномерно, следовательно, его ускорение равно нулю:

\[m\overline{g}+{\overline{F}}_A+{\overline{F}}_{tr}=0\ \left(1.1\right).\]

В проекции на ось Y выражение (1.1) предстанет в виде:

\[-mg-F_{tr}+F_A=0\ \left(1.2\right).\]

Модуль силы Архимеда найдем как:

\[F_A={\rho }_gVg\ \left(1.3\right).\]

Сила тяжести, действующая на шарик:

\[mg={\rho }_{sh}Vg\ \left(1.4\right).\]

Выразим из (1.2) силу трения, учтем выражения (1.3) и (1.4):

\[F_{tr}=F_A-mg={\rho }_gVg-{\rho }_{sh}V\ \left(1.5\right).\]

Найдем отношение $\frac{F_{tr}}{mg}$:

\[\frac{F_{tr}}{mg}=\frac{с_gVg-с_{sh}V}{с_{sh}Vg}=\frac{с_g}{с_{sh}}-1=n-1.\]

Ответ. $\frac{F_{tr}}{mg}=n-1$

Пример 2

Задание. Сформулируйте условия плавания тел в жидкости. Что происходит с телом, если оно полностью погружено в жидкость, а плотность вещества тела равна плотности жидкости? Чему равна сила Архимеда, если тело плавает на границе раздела двух жидкостей с разными плотностями?

Решение. Из закона Архимеда можно легко получить условия плавания тел.

Так, если сила Архимеда больше веса тела, то тело всплывает на поверхность жидкости до тех пор, пока не наступит равенства этих сил.

Если сила Архимеда равна весу тела, то тело находится в состоянии покоя (плавает) в той точке жидкости, куда его поместили. Если сила Архимеда меньше веса тела, то тело тонет.

Если тело находится целиком в жидкости и плотности тела и жидкости равны, то тело плавает.

В случае если мы имеем несколько видов жидкостей с разными плотностями (например, поверх воды налили масло) и тело плавает на границе сред, то сила Архимеда будет равна:

\[F_A=g\left[{\rho }_1V_1+{\rho }_2V_2\right]\ \left(2.1\right),\]

где ${\rho }_1$ – плотность первой жидкости; ${\rho }_2$ – плотность второй жидкости; $V_1$ – объем тела, находящийся в первой жидкости; $V_2$ – объем тела во второй жидкости.

Читать дальше: сила упругости.

Источник: https://www.webmath.ru/poleznoe/fizika/fizika_30_sila_arhimeda.php

Закон Архимеда, или Как распознать ложь?

Сила архимеда в воздухе

В древних Сиракузах жил инженер, математик и физик по имени Архимед. Образование он получил отличное, изобретения его ценились и в средствах он не нуждался. И периодически к нему обращались сильные мира для решения всяких сложных задач. И одной из таких задач было определить подлинность короны царя Гиерона. 

Казалось бы, что в этом сложного?

Используй формулу

ρт = mт / Vт             (1).

Раздели mт массу слитка, что был выдан ювелиру на объем короны Vт, получишь плотность короны ρт. Сравни полученный результат с известной плотностью золота, и дело в шляпе. А ювелир получит либо плату за работу, либо близкое знакомство с придворным палачом.

Однако эта формула хорошо работает с объектами простой формы: шар, куб, параллелепипед. А мы то помним, что исследуем корону, у которой множество зубцов, выпуклостей и ажурных плетений.

Как можно определить объем предмета столь сложной формы? Не знаете? Вот и Архимед тоже не знал.

Долгое время ученый думал над задачей, и в один из дней, в задумчивости опускаясь в наполненную водой ванну, обратил внимание, что часть воды выплеснулась через край. Современники рассказывают, что именно в этот момент Архимед закричал: «Эврика!», что по-гречески значит «Нашел!» и, даже не одеваясь, побежал в царский дворец.

Еще пару дней понадобилось исследователю, чтобы изобрести прибор, с помощью которого он мог бы измерить объем воды, вылившейся при погружении короны. Этот прибор, названный впоследствии ведерком Архимеда, можно увидеть на странице 145 учебника «Физика 7 класс» под редакцией А.В.Перышкина.

Затем, с помощью опытов с золотыми и серебряными слитками, доказать, что объем жидкости равен объему слитка, а следовательно будет равен и объему короны. И последним этапом определить плотность короны.

Говорят, что царь был прав в своих подозрениях, и ювелир был нечист на руку. А всю плату, что причиталась за корону мастеру, получил Архимед.

Действие жидкости и газа на погруженное в них тело

Что же открыл Архимед благодаря своим опытам?

Ученый определил некую силу, которая действую в обратном направлении силе притяжения и позволяет предметам плавать в воде и воздухе. Эту силу по праву назвали силой Архимеда или выталкивающей силой.

Определение закона Архимеда: тело погруженное в жидкость, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость.

Формулы

На планете Земля на все предметы действует сила земного притяжения. Для объектов на земной поверхности силу притяжения можно рассчитать по формуле:

Fт = mтg,                  (2)

где mт — масса тела, а g — ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с2.

Когда же объект погружается в жидкость или газ, на него начинает действовать выталкивающая сила или сила Архимеда, которая рассчитывается по формуле:

FА = mжg,                 (3)

где mж — масса жидкости, вытесненной целым объектом или его частью, находящейся в жидкости.

Массу вытесненной жидкости в свою очередь можно определить используя формулу:

mж = ρжVж,               (4)

и соответственно преобразовать формулу закона Архимеда:

FА = ρжVжg.              (5)

Как же соотносятся между собой сила тяжести и сила выталкивания. Все просто:

  • если сила притяжения больше силы выталкивания, предмет утонет;
  • если силы примерно равны — предмет будет плавать в толще жидкости или газа;
  • а если сила выталкивания больше силы притяжения, предмет всплывет.

Многочисленные опыты, благодаря которым мы можем пользоваться формулами силы выталкивания, подробно разобраны в § 50 учебника «Физика 7 класс» под редакцией А.В.Перышкина.

Несмотря на то, что Архимед впервые открыл силу выталкивания в воде, сила Архимеда характерна также и для газов, и именно благодаря ей смог подняться в воздух первый воздушный шар, а вдохновленный и восхищенный этим событием писатель Жюль Верн написал свой роман «Вокруг света за 80 дней».

А теперь давайте поможем царю решить его задачу с короной.

Предположим, что корона царя Гиерона в воздухе весит 22 Н, а в воде 19,75 Н, вычислите плотность вещества короны.

Как мы узнали в начале статьи, плотность вещества находится по формуле:

ρт = mт/Vт.                     (1)

Глядя на формулу, понимаем, что для решения задачи нам не известны ни масса короны, ни ее объем.

Из предыдущего курса физики (§ 27 учебника «Физика 7 класс» под редакцией А.В.Перышкина.), помним, что для неподвижного тела вес P равен силе тяжести Fт и рассчитывается по формуле:

P = Fт = mтg,                   (2)

где g— ускорение свободного падения и его значение равно g = 9,8 Н/кг. Однако, если не требуется большая точность в расчетах, значение можно округлить до 10 Н/кг

  1. Зная вес короны в воздухе, мы используя формулу (2) можем найти массу короны.

    Pт = Fт = mтg,

  2. Мы также знаем, что вес тела в воде отличается от веса тела в воздухе на силу Архимеда.

    FA = 22 — 19,75 Н = 2,25 Н

  3. Согласно формуле (5) сила Архимеда равна FА = ρжVжg

    где ρж = ρводы = 1000 кг/м3

    Из нее находим объем вытесненной жидкости и соответственно объем короны

  4. Остается финальный штрих: рассчитать плотность.

    ρт = mт/Vт

    ρт = 2,2 кг / 0,000225 м3 = 9778 кг/м3 или 9,8 г/см3

  5. Зная, что плотность золота 19,3 г/см3 или 19 300 кг/м3, можем сказать, что корона царя Гиерона сделана из какого-то сплава, но не из чистого золота. Увы, царь был прав, подозревая мастера в нечестности. И мне даже немного жаль нерадивого ювелира. Ведь никто не любит, когда воруют его собственность, а цари особенно.

    Теперь попробуйте самостоятельно решить задачу № 5 на странице 147 учебника «Физика 7 класс» под редакцией А.В.Перышкина.

    Тест «Закон Архимеда»

    1. Сила Архимеда это:

    • сила, с которой Архимед передвигал ванну;
    • сила, которая поднимает вверх тело находящееся в жидкости или газе; (+)
    • сила мышц Архимеда;
    • сила, с которой твердое тело действует на поверхность.

    2. Сила Архимеда действует:

    • на тела погруженные только в газ;
    • на тела погруженные только в жидкость;
    • на тела погруженные в газ или в жидкость; (+)
    • на тела находящиеся в невесомости.

    3. Чему равно ускорение свободного падения g?

    • 9,8 м/с3;
    • 9,8 Н/кг; +
    • 9,8 км/ч;
    • 8,9 м/с2.

    4. К пружине подвешено некое тело. Если тело погрузить в емкость с жидкостью, что произойдет с пружиной?

    • растянется больше;
    • сожмется; (+)
    • не изменится;
    • зависит от веса тела.

    5. Два друга пошли плавать в реке. Один из них при погружении вытесняет объем 60 дм3, второй 40 дм3. На кого из ребят будет действовать большая сила Архимеда?

    • на того, кто лучше умеет плавать;
    • на того, кто вытеснил больше воды; (+)
    • на того, то не умеет плавать;
    • на того, кто вытеснил меньше воды.

    6. Формула силы выталкивания это:

    • FА = ρжVжg; (+)
    • FА = ρтVжg;
    • FА = ρжVтg;
    • FА = mтg.

    7. Если сила тяжести больше силы Архимеда, тело:

    • взлетит;
    • всплывет;
    • утонет; (+)
    • поплывет.

    8. 4 одинаковых стальных шарика погрузили в 4 разные жидкости: чистая вода, вода мертвого моря, бензин, оливковое масло. В какой жидкости сила выталкивания будет наименьшей?

    Плотность масла 915 кг/м3, плотность бензина 750 кг/м3.

    • бензин; (+)
    • вода Мертвого моря;
    • оливковое масло;
    • чистая вода.

    9. Сила тяжести зависит:

    • от плотности жидкости;
    • от вытесненного объема жидкости;
    • от массы тела; +
    • от времени нахождения тела в жидкости.

    10. В двух емкостях плавают два шарика равного объема. Одинакова ли сила выталкивания?

    • одинакова, т.к. объем шариков одинаков;
    • сила выталкивания больше в емкости с керосином, потому что плотность меньше воды;
    • сила выталкивания больше в емкости с водой, потому что ее плотность больше керосина. (+)

#ADVERTISING_INSERT#

Источник: https://rosuchebnik.ru/material/zakon-arkhimeda/

Архимедова сила

Сила архимеда в воздухе

Архимед сформулировал новый закон следующим образом: «На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх. Величина этой силы равна весу вытесненной жидкости».

Как был открыт Закон Архимеда

Согласно легенде, Архимеду удалось выполнить поручение царя Гиерона. Дело в том, что царь засомневался, сделана ли его корона из чистого золота или из сплава с другими металлами. Архимед должен был проверить честность ювелира. Задача усложнялась еще и тем, что корону ни в коем случае нельзя было ломать.

Архимед долго не находил ответа. Но однажды, принимая ванну, он заметил, что из ванны вытекает вода. И тут его осенило! Ведь можно точно так же погрузить корону в воду и измерить объем воды, вытесненной короной. Ученый выскочил из ванны с криком «Эврика!», что в переводе с древнегреческого означает «Нашел!».

Сначала Архимед взвесил слиток чистого золота и корону в воздухе, затем он провел такое же взвешивание в воде. Ученый поочередно погрузил корону и слиток в воду, а затем измерил количество жидкости, вытесненное обоими телами. Оно оказалось разным. Это было явным свидетельством того, что корона кроме золота содержит другие металлы. Таким образом Архимеду удалось уличить мастера в воровстве.

Почему корабль плавает?

А почему же корабль не тонет? Ведь он такой тяжелый!

Да, корабль действительно очень тяжелый. Но он не идет на дно только лишь потому, что внутри судна находится большое количество различных отсеков, заполненных воздухом.

Если учесть воздух, находящийся в трюмах, то сила Архимеда равна весу воды, вытесненной погруженной в воду частью судна, и направлена вертикально вверх. Более того, сила Архимеда равна силе тяжести, действующей на судно вертикально вниз. Именно поэтому корабль плавает.

Сила тяжести и Архимедова сила

Когда речь идет о плавании тел, то необходимо учитывать тот факт, насколько отличаются по величине сила тяжести и архимедова сила.

Чтобы это понять, давай рассмотрим, как ведут себя три бутылки одного объема (см. рисунок). Первая бутылка пустая, вторая наполовину заполненная, а в третьей наполнителя в два раза больше, чем во второй. Все бутылки плотно закупорены. После того, как три бутылки опустили в емкость с водой, можно было наблюдать следующую картину:

  • первая бутылка плавала на поверхности воды;
  • вторая была частично погружена в воду;
  • третья бутылка оказалась на дне.

Почему так произошло?

На каждую бутылку действуют сила тяжести (стрелки серого цвета) и выталкивающая сила (стрелки синего цвета). Все бутылки одинакового объема, и если бы они все были пустыми, то плавали бы на поверхности. Но наполовину наполненная бутылка оказалась частично погруженной в воду, а максимально наполненная упала на дно.

Вывод: как будет вести себя бутылка, зависит от силы тяжести и архимедовой силы.

  1. Если сила тяжести меньше () силы Архимеда, то тело будет тонуть.

Трюм корабля состоит из многочисленных водонепроницаемых отсеков. И если в один из отсеков все-таки попадает вода, то корабль опускается ниже обычного уровня, но по-прежнему остается на плаву. В случае повреждения нескольких отсеков они наполняются водой, и корабль идет на дно.

Почему подводная лодка может и плавать, и опускаться на дно?

Конструкция подводной лодки действительно позволяет ей либо находиться на плаву, либо перемещаться под водой и погружаться на дно.

Каким образом лодка может опуститься на дно? Дело в том, что подводная лодка оборудована специальными балластными отсеками. Для того чтобы лодка опустилась, эти отсеки наполняются водой, тем самым увеличивая массу лодки и обеспечивая ее погружение.

Для всплытия лодки вода из балластных отсеков вытесняется сжатым воздухом.

Первая подводная лодка была создана в 1620 г. для короля Англии Якова I голландским инженером Корнелиусом Дреббелем. А сама идея применения подводного судна была впервые высказана Леонардо да Винчи, великим итальянским художником и изобретателем.

Воздухоплавание

Архимедова сила действует на любое тело не только в воде, но и в воздухе. И именно этот принцип был положен в основу создания воздушного транспорта, в частности, воздушных шаров. То есть для зависания тела в воздухе выталкивающая сила, действующая на тело, должна быть больше силы тяжести.

Если дома самому надуть обычный шарик, завязать его и отпустить, то он упадет на пол. А шарики, наполненные газами которые легче воздуха, немедленно улетают ввысь’ как только их отпускают. Чтобы воздушный шар поднялся в небо, он должен быть наполнен водородом, гелием или горячим воздухом.

Воздушный шар как транспортное средство

Воздушный шар — это довольно простой летательный аппарат, который используется для перемещения из одного места в другое. Знание и применение законов физики позволяет путешествовать в корзине, прикрепленной к шару, и наслаждаться прекрасными пейзажами.

Согласись, подобные впечатления действительно можно получить только из корзины воздушного шара, ведь самолеты летают гораздо быстрее и выше.

Да и вид, открывающийся из иллюминатора воздушного лайнера, несколько иной: пейзажами можно любоваться только на взлете и при посадке.

Купол воздушного шара наполняется воздухом, нагреваемым при помощи горелки. А так как горячий воздух легче холодного, то шар, наполненный таким воздухом, взлетает

Конструкция воздушного шара

Воздушный шар состоит из купола, горелки и корзины.

Купол шара выполнен из очень прочных материалов, внутренняя сторона которых обработана силиконом. Более того, отверстие купола дополнительно защищено специальным материалом, устойчивым к воздействию повышенных температур.

Горелка — самая сложная часть шара. При помощи горелки не только нагревается воздух, но и поддерживается его температура во время полета. Для воздухоплавания на воздушных шарах используют плетеные из лозы корзины. Такие корзины очень легкие и, что важно, прочные. Крепление корзины к куполу осуществляется специальными тросами из нержавеющей стали.

Недостатки воздушных шаров

Наиболее серьезным недостатком воздушных шаров является отсутствие управления. Шар всегда летит по направлению ветра.

Летать на воздушных шарах можно в любое время уода. Но для этого необходимы следующие условия: — отсутствие осадков, грозы и низких облаков; — скорость ветра не более 5 м/с.

Единственное, что может сделать пилот в случае набора большой высоты, — выпустить часть сжатого воздуха при помощи специального клапана. После выполнения этих действий воздушный шар начинает снижаться. А так как на разной высоте ветер дует в разных направлениях, то пилоту нужно постоянно следить за направлением ветра и, в случае необходимости, опускать или поднимать шар.

Еще одним недостатком воздушного шара является невозможность перевозить тяжелые грузы.

ссылкой

Источник: https://SiteKid.ru/fizika/arhimedova_sila.html

Закон Архимеда: история открытия и суть явления для чайников

Сила архимеда в воздухе

Казалось бы, нет ничего проще, чем закон Архимеда. Но когда-то сам Архимед здорово поломал голову над его открытием. Как это было?

С открытием основного закона гидростатики связана интересная история.

Интересные факты и легенды из жизни и смерти Архимеда

Помимо такого гигантского прорыва, как открытие собственно закона Архимеда, ученый имеет еще целый список заслуг и достижений. Вообще, он был гением, трудившимся в областях механики, астрономии, математики.

Им написаны такие труды, как трактат «о плавающих телах», «о шаре и цилиндре», «о спиралях», «о коноидах и сфероидах» и даже «о песчинках».

В последнем труде была предпринята попытка измерить количество песчинок, необходимых для того, чтобы заполнить Вселенную.

Осада Сиракуз

Роль Архимеда в осаде Сиракуз

В 212 году до нашей эры Сиракузы были осаждены римлянами. 75-летний Архимед сконструировал мощные катапульты и легкие метательные машины ближнего действия, а также так называемые “когти Архимеда”. С их помощью можно было буквально переворачивать вражеские корабли.

Столкнувшись со столь мощным и технологичным сопротивлением, римляне не смогли взять город штурмом и вынуждены были начать осаду. По другой легенде Архимед при помощи зеркал сумел поджечь римский флот, фокусируя солнечные лучи на кораблях. Правдивость данной легенды представляется сомнительной, т.к.

ни у одного из историков того времени упоминаний об этом нет.

Смерть Архимеда

Согласно многим свидетельствам, Архимед был убит римлянами, когда те все-таки взяли Сиракузы. Вот одна из возможных версий гибели великого инженера.

На крыльце своего дома ученый размышлял над схемами, которые чертил рукой прямо на песке. Проходящий мимо солдат наступил на рисунок, а Архимед, погруженный в раздумья, закричал: «Прочь от моих чертежей». В ответ на это спешивший куда-то солдат просто пронзил старика мечом.

Ну а теперь о наболевшем: о законе и силе Архимеда…

Как был открыт закон Архимеда и происхождение знаменитой “Эврика!”

Античность. Третий век до нашей эры. Сицилия, на которой еще и подавно нет мафии, но есть древние греки.

Изобретатель, инженер и ученый-теоретик из Сиракуз (греческая колония на Сицилии) Архимед служил у царя Гиерона второго. Однажды ювелиры изготовили для царя золотую корону. Царь, как человек подозрительный, вызвал ученого к себе и поручил узнать, не содержит ли корона примесей серебра. Тут нужно сказать, что в то далекое время никто не решал подобных вопросов и случай был беспрецедентным.

Архимед

Архимед долго размышлял, ничего не придумал и однажды решил сходить в баню. Там, садясь в тазик с водой, ученый и нашел решение вопроса. Архимед обратил внимание на совершенно очевидную вещь: тело, погружаясь в воду, вытесняет объем воды, равный собственному объему тела.

Именно тогда, даже не потрудившийся одеться, Архимед выскочил из бани и кричал свое знаменитое «эврика», что означает «нашел».

Явившись к царю, Архимед попросил выдать ему слитки серебра и золота, равные по массе короне.

Измеряя и сравнивая объем воды, вытесняемой короной и слитками, Архимед обнаружил, что корона изготовлена не из чистого золота, а имеет примеси серебра. Это и есть история открытия закона Архимеда.

Суть закона Архимеда

Если Вы спрашиваете себя, как понять закон Архимеда, мы ответим. Просто сесть, подумать, и понимание придет. Собственно, этот закон гласит:

На тело, погруженное в газ или жидкость действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (газа) в объеме погруженной части тела. Эта сила называется силой Архимеда.

Воздушные шары

Как видим, сила Архимеда действует не только на тела, погруженные в воду, но и на тела в атмосфере. Сила, которая заставляет воздушный шар подниматься вверх – та же сила Архимеда. Высчитывается Архимедова сила по формуле:

Здесь первый член – плотность жидкости (газа), второй – ускорение свободного падения, третий – объем тела. Если сила тяжести равна силе Архимеда, тело плавает, если больше – тонет, а если меньше – всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Сила Архимеда – сила, благодаря которой корабль плавает

В данной статье мы рассмотрели закон Архимеда для чайников. Если Вы хотите узнать, как как решать задачи, где есть закон Архимеда, обращайтесь к нашим  специалистам. Лучшие авторы с удовольствием поделятся знаниями и разложат решение самой сложной задачи «по полочкам».

Источник: https://Zaochnik.ru/blog/zakon-arximeda-istoriya-otkrytiya-i-sut-yavleniya/

Сила Архимеда – природа, определение и формулы

Сила архимеда в воздухе

Закон Архимеда гласит, что если твёрдое тело погружено в жидкость, то на него действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объёме тела.

При некоторых обстоятельствах объём вещества одинаков объёму воды. В частности, когда твёрдый объект любого класса полностью погружен в воду, объём вытесненной воды должен быть равен объёму объекта.

Кроме того, по определению силы Архимеда, при погружении объект получит плавучую силу, одинаковую весу вытесненной воды.

Таким образом, объект, взвешенный в воздухе и затем взвешенный при погружении в воду, будет иметь эффективный вес, уменьшенный на вес вытесненной воды, если подъёмная сила воздуха незначительна.

Что произойдёт, если стакан наполнить водой доверху, а затем добавить кубики льда? Точно так же, как вода расплескалась через край, когда Архимед сел в свою ванну, жидкость в стакане выльется, если бросить туда кубики льда. Если взвесить разлившуюся воду (вес — это сила, направленная вниз), она будет равняться восходящей силе на предмете. По этой силе можно определить объём или среднюю плотность объекта.

При взвешивании в воздухе предмет получает силу выталкивания, равную весу воздуха, перемещаемого объектом. Однако плотность воздуха довольно мала (по сравнению с плотностью большинства твёрдых частиц), чтобы можно было пренебречь этой плавучей силой при взвешивании большинства твёрдых частиц в воздухе.

Формула силы Архимеда записывается как F = pgV, где:

  1. F = выталкивающая сила тела (сила Архимеда). Единица измерения — ньютон.
  2. p = давление объекта. Измеряется в Паскалях.
  3. g = ускорение под действием силы тяжести. Метр на секунду в квадрате.
  4. V = объём вытесненной жидкости в кубических метрах.

Формула принципа Архимеда полезна для нахождения силы, объёма смещённого тела или плотности жидкости, при условии, что некоторые из этих чисел известны.

При демонстрации закона Архимеда следует отметить, что в этом явлении многое зависит от гравитации. То есть сила плавучести, которая всегда противостоит элементу притяжения, на самом деле вызвана самой гравитацией.

Давление внутри флюидов вырастает с увеличением глубины, поскольку внутри жидкости действует гравитационный вес сверху. Это давление, которое постоянно повышается, прикладывает силу к объекту, погруженному в воду, и увеличивается с глубиной жидкости.

Результатом этого является плавучесть.

Принцип плавучести

Принцип Архимеда показывает подъёмную силу и вытеснение жидкости. Однако эта концепция может быть применена при рассмотрении вопроса плавания предметов. Пятый трактат Архимеда «О плавающих телах» гласит, что любой плавающий объект вытесняет собственный вес жидкости.

Другими словами, для предмета, плавающего на поверхности жидкости (например, лодки) или плавающего под водой (субмарина или дирижабль в воздухе), вес вытесненной жидкости равен весу объекта. Таким образом, только в особом случае плавания сила выталкивания, действующая на объект, равна его весу.

Например, существует блок из твёрдого железа, который весит 1 тонну. Поскольку железо почти в восемь раз плотнее воды, при погружении оно вытесняет только 1/8 тонны воды, что недостаточно для удержания его на плаву. Теперь следует предположить, что тот же железный блок преобразован в чашу.

Он по-прежнему весит 1 тонну, но при помещении в жидкость он вытесняет больший объём воды, чем когда он был блоком. Чем глубже погружена железная чаша, тем больше воды она вытесняет и тем сильнее действует на неё выталкивающая сила. Когда плавучая сила равна 1 тонне, она не опустится дальше.

Когда лодка вытесняет вес воды, равный её собственному весу, она плавает. Каждый корабль, подводная лодка и дирижабль должны быть спроектированы так, чтобы смещать вес жидкости, по крайней мере, равный его собственному весу.

Корпус 10000-тонного корабля должен быть достаточно широким, длинным и глубоким, чтобы вытеснять соответствующее количество тонн воды.

Он нуждается в дополнительной грани для равновесия и борьбы с волнами, которые иначе заполнили бы его и, увеличив его массу, потопили корабль.

Практически принцип Архимеда позволяет рассчитывать плавучесть объекта, частично или полностью погруженного в жидкость:

  1. Нисходящая сила на объекте — это просто его вес.
  2. Восходящая или выталкивающая сила — это то, что указано выше по закону Архимеда.
  3. Чистая сила — это разница между величинами силы выталкивания и её весом.

Следует отметить, что если вес объекта меньше, чем вес вытесняемой жидкости, объект будет испытывать подъём, как и происходит в случае с деревянным брусом, который остаётся ниже поверхности воды.

Объект, который по своей природе тяжелее количества жидкости, которую он может вытеснить, утонет при освобождении, но в то же время испытает потерю веса, равную весу вытесненной жидкости.

Фактически, когда дело доходит до взвешивания, необходимо внести поправку, чтобы иметь возможность компенсировать эффект плавучести окружающего его воздуха.

Хотя они связаны с этим, принцип плавания и концепция, согласно которой затопленный объект вытесняет объём жидкости, равный его собственному объёму, не являются законом Архимеда. Как указано выше, он приравнивает подъёмную силу к весу вытесненной жидкости.

Практическое применение

Принцип Архимеда имеет множество применений в области медицины и стоматологии и используется для определения плотности костей и зубов.

В статье 1997 года, опубликованной в журнале Medical Engineering & Physics, исследователи использовали силу Архимеда для измерения объёма внутренней губчатой ​​части кости, которая может применяться в различных исследованиях старения, остеопороза, прочности костей, жёсткости и эластичности.

В статье, опубликованной в 2021 году в журнале Oral Surgery, использовались различные методы для определения воспроизводимости, одним из которых был принцип Архимеда.

Его сравнивали с использованием конусно-лучевой компьютерной томографии для измерения объёма зубов.

Тесты, сравнивающие закон и замера КЛКТ, показали, что последние будут точным инструментом при планировании стоматологических процедур.

Простой, надёжный и экономически эффективный проект для подводной лодки, описанный в статье 2014 года в журнале Informatics, Electronics and Vision, основан на принципе Архимеда.

Конструкция этой прототипной субмарины использует расчёты, включающие массу, плотность и объём как подводной лодки, так и вытесненной воды, чтобы определить необходимый размер балластного танка.

Он должен обозначить количество воды, способное его заполнить, и, следовательно, выяснить нижнюю границу глубины, на которую может погружаться подводная лодка.

Также можно наблюдать действие силы Архимеда в природе:

  1. Определённая группа рыб использует принцип Архимеда, чтобы подниматься и спускаться по воде. Чтобы подняться на поверхность, они наполняют свой плавательный пузырь (воздушные мешки) газами.
  2. В исследовании 2021 года использовался метод измерения теней, оставляемых водомерками, для понимания создаваемой ими кривизны поверхности воды. Авторы утверждают, что есть большой интерес к пониманию физики, стоящей за водными жуками, потому что это позволить создать экспериментальных биомиметических роботов, способных ходить по воде.
  3. Плотность льда ледников и айсбергов меньше плотности океана, поэтому их частично выносит наверх.

Греческий учёный внёс огромный вклад в кораблестроение, сформировав критерии устойчивости плавающих объектов. Закон Архимеда также используется в широком спектре научных исследований, включая медицину, инженерию, энтомологию, инженерию и геологию.

Открытие закона

По легенде, некоторым своим современникам Архимед запомнился как человек, который бегал голым по улицам Сиракуз с криками «Эврика!», что в переводе означает «Нашёл!».

Причиной возникновения этого события являлось данное Архимеду поручение доказать, что новая корона, сделанная для царя, не была из сплошного золота, как утверждал ювелир.

Архимед долго работал над этой задачей, но никак не мог найти способ доказать недобросовестность изготовителя. Тем не менее проницательность грека привела к решению проблемы, поставленной перед ним Гиероном II.

Однажды Архимед наполнил ванну и заметил, что вода пролилась через край, когда он сел в неё. Тогда учёный понял, что жидкость, вытесненная его телом, была равна его весу.

Оборудование для взвешивания объектов с достаточной точностью уже существовало, и теперь, когда Архимед также мог измерить объём, их соотношение дало бы плотность объекта — важный показатель чистоты, поскольку золото почти в два раза плотнее серебра и имеет значительно больший вес для того же объёма вещества при стандартных температурах и давлении.

Итак, зная, что золото тяжелее других металлов, которые мог бы использовать изготовитель короны, Архимед определил, что украшение не отличалось чистотой материала. Забыв о своей наготе, он побежал по улицам от дома к царю, крича: «Эврика!»

Источник: https://nauka.club/fizika/sil%D0%B0-arkhimeda.html

О ваших правах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: