Archimedesova sila

Napravimo jednostavan eksperiment: uzmite slabo napuhanu gumenu kuglu i "uliti" u vodu. Ako je dubina uranjanja čak i 1-2 metra, onda je lako vidjeti da će se njezin volumen smanjiti, tj. sa svih strana kugla je stisnula određena sila. Obično se kaže da je hidrostatski pritisak ovdje "kriv" - fizički analog snage koja djeluje u nepokretnim tekućinama na uronjenom tijelu. Hidrostatski sile koje djeluju na tijelo sa svih strana, a njihova rezultanta, poznat kao Arhimedova sila, još uvijek se zove izbacivanje, što odgovara smjeru njegovog utjecaja na tijelo uronjeno u tekućinu.

Archimedes je otvorio svoj zakon isključivo eksperimentalno, a njegovo teorijsko opravdanje očekivalo gotovo 2000 godina prije nego što je Pascal otkrio zakon hidrostatike za fiksnu tekućinu. Prema ovom zakonu, tlak se prenosi kroz tekućinu u svim smjerovima, bez obzira na područje na koje djeluje, na svim ravninama koje ograničavaju tekućinu, a njegova vrijednost P je proporcionalna površini S i usmjerena je duž svoje normalne. Pascal je 1653. otkrio i ispitao ovaj zakon o iskustvu. Prema njegovim riječima, hidrostatski pritisak djeluje na sve površine tijela uronjenog u tekućinu.

Pretpostavimo da je tijelo u obliku kocke s rubom L do dubine H uronjeno u posudu s vodom - udaljenost od površine vode do gornje strane. Donji rub je na dubini H + L. Vektor sile F1 koji djeluje na gornjoj strani usmjeren je prema dolje i F1 = r * g * H * S, gdje je r gustoća tekućine, g je ubrzanje slobodan pad.

Vektor sile F2 koji djeluje na donjoj ravnini usmjeren je prema gore, a vrijednost je određena izrazom F2 = r * g * (H + L) * S.

Vektori sila koji djeluju na bočnim površinama međusobno su uravnoteženi, pa su stoga isključeni iz razmatranja u budućnosti. Archimedeanska sila F2> F1 i usmjerena je odozdo prema gore, te se nanosi na donju stranu kocke. Definiramo njegovu vrijednost F:

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

Imajte na umu da L * S - .. Jeli volumen kocke V, a m do r x g = p predstavlja tekućine jedinica težine, tada formula težina Arhimedov snage određuje volumen tekućine jednak volumenu kocke, to jest to je samo težina tekućine koju tijelo raspršuje. Zanimljivo, što da kažem zakon Arhimeda moguće je samo za okolinu u kojoj je prisutna gravitacija - pod nulom gravitacijom zakon ne radi. Konačno, formula Arhimedovog zakona ima slijedeći oblik:

F = p * V, gdje je p specifična težina tekućine.

Arhitektonska sila mogu poslužiti kao osnova za analizu uzgona tijela. Uvjet za analizu je omjer težine uronjenog tijela Pm i težine tekućine Pg s volumenom jednakom volumenu potopljenog dijela tijela. Ako je Rt = Rz, tada tijelo pluta u tekućini, i ako je Rt> R, onda tijelo umre. Inače se tijelo izdiže sve dok snaga uzgona nije jednaka težini vode koja je gurnula utopljeni dio tijela.

Arhimedov zakon i njegova primjena ima dugu povijest u tehnologiji, počevši od klasičnih primjera uporabe sve poznate i plutajućih objekata na balone i zračnih lađa. Ovdje se igra uloga činjenice da se plin odnosi na stanje materije koja potpuno simulira tekućinu. Istodobno, u zračnoj okolini, arhimedska sila djeluje na bilo kakve predmete slične onima u tekućini. Prvi pokušaji da se obavljaju zračni balon leta uzeo Braća Montgolfier - oni ispunjen balon s toplim dimom, tako da je težina zatvorenika u zračnom balonu bila je manja od težine istog volumena hladnog zraka. To je bio razlog za nastup snaga dizanja, a njegova je vrijednost određena kao razlika u težini tih dvaju volumena. Daljnje poboljšanje balona bio je plamenik koji kontinuirano zagrijava zrak unutar lopte. Jasno je da je raspon leta ovisio o trajanju plamenika. Kasnije, na zračnim brodovima, za punjenje upotrijebljeno je plin s specifičnom težinom nižom od one zraka.