Архимедова сила. Условие плавания тел.

Сила Архимеда

В сосуд налита жидкость и погружено тело, имеющее форму куба.

Площадь нижней и верхней граней обозначим через S.

Ребро куба обозначим H.

Верхняя грань куба находится от поверхности жидкости на глубине h 1 ,

а нижняя - на глубине h 2 . На все грани куба жидкость оказывает давление.

При этом силы давления, действующие на боковые грани куба, взаимно компенсируются.

h l , то F 2 F 1 , т.е. равнодействующая этих двух сил направлена вертикально вверх и представляет собой выталкивающую ( архимедову ) силу: F A =F 2 -F 1    (3) " width="640"

На верхнюю грань куба действует направленная вниз сила давления F 1 , модуль которой

F 1 =p ж S   

F 1 =ρ ж gh 1 S    (1)

где ρ ж - плотность жидкости;

S - площадь грани куба.

На нижнюю грань куба действует направленная вверх сила давления F 2 , модуль которой

F 1 =p ж S   

F 2 =ρ ж gh 2 S.   (2)

Так как h 2 h l , то F 2 F 1 , т.е. равнодействующая этих двух сил направлена вертикально вверх и представляет собой выталкивающую ( архимедову ) силу:

F A =F 2 -F 1    (3)

Подставив (1) и (2) в (3), найдем, что модуль архимедовой силы

F А =ρ ж gh 2 S - ρ ж gh 1 S =ρ ж gS (h 2 - h 1 )

(h 2 - h 1 ) – это высота самого куба, тогда

F А = ρ ж gSH, т.к.

произведение SH это объем тела V тела ,

тогда

F А

F А =ρ ж g V тела = m ж g = Pж    (4)

На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила,

равная весу того количества жидкости

или газа, которое вытеснено погруженной частью тела

Архимедова сила F A приложена к телу в центре масс

вытесненной телом жидкости

и направлена против силы тяжести, действующей на это тело.

Назовите условия поведения тел

в жидкости

Если сила Архимеда равна силе тяжести, тело плавает

Если сила Архимеда меньше силы тяжести,

то оно опускается на дно / тонет/ с ускорением

Если сила Архимеда больше силы тяжести,

то оно поднимается на поверхность

жидкости с ускорением

Вопросы

для самоконтроля

• Как формулируется правило Архимеда?

• Сделав пояснительный рисунок, выведите формулу, определяющую значение архимедовой силы.

• В какой точке тела она приложена?

• Какова природа архимедовой силы, т. е. какова причина

ее возникновения?

5 Выполняется ли правило Архимеда в условиях невесомости?

6. Объясните, в чем состоит условие плавания тел.

7. Сделав пояснительный рисунок, опишите эксперимент, доказывающий справедливость правила Архимеда для газов.

Примеры

решения задач

Ученик провел эксперимент по изучению выталкивающей силы, действующей на тело, полностью погруженное в жидкость, причем для эксперимента он использовал различные жидкости и сплошные цилиндры разного объема, изготовленные из разного материала.

Результаты экспериментальных измерений объема цилиндров V и выталкивающей силы F Арх (с указанием погрешности измерения) для различных цилиндров  и жидкостей он представил в таблице.

№ опыта

1

Жидкость

2

Материал цилиндра

вода

3

V, см 3

алюминий

масло

4

вода

алюминий

F Арх , Н

80

90

0,8±0,1

сталь

вода

20

0,8±0,1

сталь

0,2±0,1

80

0,8±0,1

Из  предложенного перечня выберите два утверждения, соответствующие проведенным опытам.  Укажите их номера.

№ опыта

1

Жидкость

Материал цилиндра

2

вода

3

алюминий

V, см 3

масло

4

F Арх , Н

80

алюминий

вода

вода

0,8±0,1

90

сталь

20

сталь

0,8±0,1

80

0,2±0,1

0,8±0,1

Из  предложенного перечня выберите два утверждения, соответствующие проведенным опытам.  Укажите их номера.

1)Выталкивающая сила, действующая на тело при погружении в масло, равна выталкивающей силы, действующей на это тело при погружении в воду

2)Выталкивающая сила не зависит от рода жидкости

3)Выталкивающая сила уменьшается при увеличении объема тела

4)Выталкивающая сила зависит от объема тела

5)Выталкивающая сила не зависит от материала, из которого изготовлен цилиндр

4)Выталкивающая сила зависит от объема тела

5)Выталкивающая сила не зависит от материала,

из которого изготовлен цилиндр

Табличная плотность золота = 19300кг/куб. м

Золотое кольцо полое, т.к. 2000кг/куб. м

Интернет-ресурсы

iSpringFree- программа для размещения на слайдах файлов в

формате .swf

Автор работы Тертычная С.А. /[email protected]/