Sila Archimedes

Naredimo enostaven preizkus: vzemite šibko napihnjeno gumijasto kroglico in jo "nalijte" v vodo. Če je globina potopitve celo 1-2 metra, potem je enostavno videti, da se bo njena prostornina zmanjšala, t.j. z vseh strani je bila žoga iztisnjena z določeno silo. Ponavadi rečemo, da je hidrostatični tlak "kriv" - fizični analog sile, ki deluje v nepremičnih tekočinah na potopljenem telesu. Hidrostatične sile delujejo na telo z vseh strani, njihova nastala, znana kot arhimedovska sila, imenujemo tudi vzgonska sila, ki ustreza njegovi smeri delovanja na telesu, potopljenem v tekočino.

Arhimed je svojo ekspozituro odprl zgolj eksperimentalno, njegova teoretična utemeljitev pa je pričakovala skoraj 2000 let, preden je Pascal odkril zakon o hidrostatiki za fiksno tekočino. V skladu s tem zakonom se tlak prenaša skozi tekočino v vseh smereh, ne glede na območje, na katero deluje, na vseh ravninah, ki mejijo na tekočino, njegova vrednost pa je sorazmerna površini S in je usmerjena vzdolž njene normalne vrednosti. Pascal je odkril in preizkusil ta zakon o izkušnjah leta 1653. Po njegovem mnenju hidrostatični tlak deluje na vseh površinah iz telesa, potopljenega v tekočino.

Predpostavimo, da je telo v obliki kocke z robom L do globine H potopljeno v posodi z vodo - razdaljo od vodne površine do zgornje ploskve. Spodnji rob je na globini H + L. Vektor sile F1, ki deluje na zgornjo ploskev, je usmerjen navzdol in F1 = r * g * H * S, kjer je r gostota tekočine, g je pospešek brezplačen padec.

Vektor sile F2, ki deluje na spodnji ravnini, je usmerjen navzgor in njegova vrednost se določi z izrazom F2 = r * g * (H + L) * S.

Vektorji sile, ki delujejo na stranskih površinah, so medsebojno uravnoteženi in jih zato v prihodnosti ne upoštevajo. Arhimedsko silo F2> F1 in je usmerjeno od spodaj navzgor in se nanese na spodnjo stran kocke. Določimo njegovo vrednost F:

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

Upoštevajte, da L * S - .. je volumen kocke V in m r * g = p predstavlja tekočine enoto mase in nato teža formula Arhimedov sile določa volumen fluida enak volumen kocke, t.j. to je le teža tekočine, ki jo telo premakne. Zanimivo, kaj naj rečem Arhimedov zakon to je mogoče le v okolju, kjer je gravitacija prisotna - pod ničelno težo zakon ne deluje. Končno, formula Arhimedovega zakona ima naslednjo obliko:

F = p * V, kjer je p specifična teža tekočine.

Arhimedovska sila lahko služi kot osnova za analizo vzgona teles. Pogoj za analizo je razmerje med maso potopljenega telesa Pm in maso tekočine Pg s prostornino, ki je enaka volumnu potopljenega dela telesa. Če Rt = Rž, potem telo plava v tekočini, in če Rt> Rž, potem telo potone. V nasprotnem primeru se telo pojavi, dokler plavajoča sila ni enaka teži vode, ki jo potopi utopljeni del telesa.

Načelo vzgon in njegova uporaba ima dolgo zgodovino v tehnologiji, ki se začne z klasičen primer uporabe vse znane in plavajočih naprav za balone in zračne ladje. Vloga je igrala dejstvo, da se plin nanaša na stanje snovi, ki popolnoma simulira tekočino. Tako je v zračnem okolju na predmete vzgona silo deluje podobna enaka kot v tekočini. Prvi poskusi izvajajo balonom polet je Montgolfier brate - ti napolni balon s toplim dimom, tako da je bila teža zapornik v balonom manjša od teže enako količino hladnega zraka. To je bil razlog za videz dvigalna sila, in njegova vrednost je bila določena kot razlika v teži teh dveh volumnov. Nadaljnje izboljšanje balonov je bil gorilnik, ki je kontinuirano segreval zrak v notranjosti krogle. Jasno je, da je obseg leta odvisen od trajanja gorilnika. Kasneje so na zračnih ladjah za polnjenje uporabili plin s specifično težo, nižjo od zraka.