Архимедова сила. Плавание тел

Если погрузить тело в жидкость, то на него будут действовать две силы: сила тяжести, притягивающая тело к Земле, и сила Архимеда, выталкивающая тело из воды.

При этом возможны три случая поведения тела в воде. Рассмотрим их.

1.Если сила Архимеда меньше, чем сила тяжести, то тело будет опускаться на дно.

2. Если сила Архимеда равна силе тяжести, то тело будет плавать в жидкости, т.е. может находиться в равновесии в любом месте жидкости.

3. Если сила Архимеда больше силы тяжести, то тело всплывет на поверхность жидкости.

Е сли F_тяжF_A тело тонет.

Е сли F_тяж=F_A тело плавает.

Е сли F_тяж F_A тело всплывает.

Рассмотрим более подробно случай, когда сила Архимеда больше силы тяжести. Тело всплывает на поверхность жидкости, так как будет уменьшаться объем части тела, который погружен в жидкость, в этом случае сила Архимеда будет уменьшаться. Тело останавливается и плавает на поверхности жидкости, когда архимедова сила станет равной силе тяжести.

Как видим, часть тела находится выше уровня жидкости.

Выталкивающая сила действует только на тот объем тела, который погружен в жидкость.

Убедимся в этом на опыте.

Опустим в отливной стакан тело, которое будет плавать в жидкости.

При этом тело вытесняет объем воды, равный объему не всего тела, а лишь части тела, которая находится в жидкости. Сравнивая вес тела в воздухе и вес вытесненной воды, то есть силу Архимеда – убеждаемся, что они равны.

Если тело плавает в жидкости, то вес вытесненной им жидкости равен весу этого тела в воздухе.

Решим задачу. Тело массой 0,8 кг при полном погружении вытесняет 0,5 кг воды. Всплывет это тело или утонет, если его отпустить?

Запишем краткое условие.

m_тела=0,8кг

m_воды=0,5кг

ускорение свободного падения – величина постоянная и равна 9,8_{ }

Для того чтобы узнать плавает ли тело, необходимо сравнить силу тяжести, действующую на тело и силу Архимеда.

Найдем силу тяжести, для этого умножим ускорение свободного падения на массу тела. Сила тяжести равна 8 Н.

Сила Архимеда численно равна весу жидкости, вытесненного телом. Умножим ускорение свободного падения на массу вытесненной жидкости, сила Архимеда равна 5 Н.

Сравниваем силы. Сила тяжести больше силы Архимеда, следовательно, тело утонет.

Если рассмотреть сплошное однородное тело, помещенное в жидкость, то можно сказать, что тело большей плотности, чем жидкость, утонет, а тело меньшей будет плавать на поверхности.

Например, кусок железа утонет в воде, но если его поместить в ртуть, он будет плавать.

Аналогично плавает в стакане с водой лед.

Если налить в стакан две несмешивающиеся жидкости, например, подкрашенную воду и масло, более тяжелая вода будет располагаться внизу, а масло, плотность которого меньше, – сверху.

Нальем в сосуд три несмешивающиеся между собой жидкости: вода, керосин и ртуть. В каком порядке они расположатся?

Наибольшая плотность у ртути — она окажется внизу, наименьшая у керосина – он будет сверху, вода расположится посередине.

По такому же принципу работает так называемая лавовая лампа. Она используется для украшения интерьера и снятия напряжения.

Содержимое сосуда — маслянистая жидкость и воск (парафин). 

Основной принцип работы лавовой лампы заключается в том, что при не очень высокой температуре воск тяжелее жидкости внутри лампы, при нагревании его плотность уменьшается, он всплывает к поверхности.

Теперь поговорим о морских обитателях. Средняя плотность живых организмов, живущих в водах океана, близка к плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается выталкивающей силой.

Для того чтобы погрузиться ниже, рыбы изменяют свой объем с помощью плавательного пузыря.

Увеличивая объем пузыря, рыба всплывает, уменьшая – опускается на глубину.