Archimedův zákon: definice a vzorec

Vědecké objevy jsou často výsledkem pouhé náhody. Pouze lidé s vycvičenou myslí si však mohou uvědomit důležitost jednoduché shody a vyvozovat z toho dalekosáhlé závěry. Právě díky řetězci náhodných událostí ve fyzice se objevil Archimedesův zákon, který vysvětloval chování těl ve vodě.

Vzdej se

V Syrakusách o Archimedes byly vytvořeny legendy. Jakmile pravítko tohoto slavného města zpochybnilo upřímnost svého klenotníka. Koruna, vyrobená pro vládce, musí obsahovat určité množství zlata. Podívejte se na tento fakt pověřený Archimedes.

Archimedes zjistil, že ve vzduchu a ve vodě mají těla různou hmotnost a rozdíl je přímo úměrný hustotě měřeného těla. Měřením hmotnosti koruny ve vzduchu a ve vodě a provedením podobného experimentu s celým kousek zlata dokázal Archimedes, že v vyrobené koruně existuje nečistota lehčího kovu. Podle legendy objevil Archimedes tento objev ve vaně a sledoval stříkající vodu. Co se stalo s nečestným klenotníkem, historie je tichá, ale závěr Syracusova vědce tvořil základ jednoho z nejdůležitějších zákonů fyziky, který je nám znám jako Archimedův zákon.

Znění

Výsledky jeho experimentů popsal Archimedes v jeho díle "Na plávajících tělech", které bohužel dosáhly našich dnů jen ve formě pasáží. Moderní fyzika popisuje zákon Archimedes jako celkovou sílu působící na tělo ponořené do kapaliny. Stoupající síla těla v kapalině směřuje nahoru; jeho absolutní hodnota se rovná hmotnosti vytlačené tekutiny.

Účinek kapalin a plynů na ponořené tělo

Jakýkoli předmět ponořený do kapaliny působí tlakové síly. V každém bodě na povrchu těla jsou tyto síly kolmé na povrch těla. Pokud by to bylo stejné, tělo by bylo stlačeno. Tlakové síly se však zvyšují v poměru k hloubce, proto spodní plocha těla vykazuje větší kompresi než horní. Můžete posoudit a doplnit všechny síly působící na tělo ve vodě. Výsledný vektor jejich směru bude nasměrován směrem vzhůru, tělo je vysunuto z kapaliny. Velikost těchto sil určuje zákon Archimedes. Plavání těl vychází zcela z tohoto zákona a z jeho různých důsledků. Archimedecké síly působí v plynech. Díky těmto tlakovým silám letět na obloze vzducholodě a balónky: kvůli vzdušnému posunu se stávají lehčími než vzduch.

Fyzický vzorec

Vizuálně Archimedes síla lze prokázat jednoduchým vážením. Vážení váhy výcviku ve vakuu, ve vzduchu a ve vodě lze vidět, že jeho hmotnost se výrazně liší. Ve vákuu váha váhy je jedna, ve vzduchu - mírně nižší a ve vodě - ještě nižší.

Pokud tělesnou váhu vezmeme jako P _o , potom její hmotnost ve vzduchu může být popsána následujícím vzorcem: Р _в = Р _о - F _а;

zde P _o je váha ve vakuu;

F _a - síla Archimedes.

Jak je zřejmé z obrázku, všechny akce s vážením ve vodě velmi usnadňují tělo, proto v takových případech musí být brána v úvahu síla Archimedes.

Pro vzduch je tento rozdíl zanedbatelný, takže obvykle tělesná hmotnost ponořená do vzduchu je popsána standardním vzorcem.

Hustota média a síla Archimedes

Při analýze nejjednodušších experimentů s tělesnou hmotností v různých prostředích lze konstatovat, že tělesná hmotnost v různých prostředích závisí na hmotnosti předmětu a na hustotě ponorného média. Navíc, čím hůř je prostředí, tím větší je síla Archimedes. Archimedesův zákon spojil tuto závislost a hustota kapaliny nebo plynu se odráží v jeho konečném vzorci. Co jiného ovlivňuje tuto moc? Jinými slovy, na jakých vlastnostech závisí Archimedův zákon?

Formula

Archimedská moc a síly, které ji ovlivňují, lze určit pomocí jednoduchých logických závěrů. Předpokládejme, že tělo určitého objemu ponořené do kapaliny sestává ze stejné kapaliny, do které je ponořeno. Tento předpoklad neodporuje žádné jiné předpoklady. Koneckonců, síly působící na tělo nijak nezávisí na hustotě tohoto těla. V tomto případě je pravděpodobné, že tělo bude v rovnováze a síla vyhození bude kompenzována gravitací.

Tak bude rovnováha těla ve vodě popsána následovně.

Ale gravitace od stavu, se rovná hmotnosti kapaliny, kterou vytěsňuje: hmotnost kapaliny se rovná hmotnosti hustoty a objemu. Nahrazením známých hodnot zjistíte hmotnost těla v kapalině. Tento parametr je popsán jako ρV * g.

Nahrazením známých hodnot získáváme:

F = ρV * g.

To je zákon Archimedes.

Vzorec odvozený od nás popisuje hustotu jako hustotu zkoumaného těla. Ale v počátečních podmínkách bylo uvedeno, že hustota těla je totožná s hustotou obklopující kapaliny. V tomto vzorci tedy můžete bezpečně nahradit hodnotu hustoty kapaliny. Vizuální pozorování, podle něhož síla vytlačování je větší v hustším prostředí, získala teoretické zdůvodnění.

Aplikace Archimedova zákona

První pokusy, které demonstrují zákon Archimedes, jsou známy ze školy. Kovová deska se potápí ve vodě, ale skládaná ve formě krabice, může být nejen udržována na hladině, ale také nesena určitou zátěž. Toto pravidlo je nejdůležitějším závěrem pravidla Archimedesy, určuje možnost výstavby řek a mořských plavidel s ohledem na jejich maximální kapacitu (posunutí). Koneckonců, hustota moře a čerstvou vodu Obě lodě a ponorky musí být odlišné kvůli rozdílům v tomto parametru při vstupu do ústí řek. Špatný výpočet může vést k katastrofě - plavidlo bude na útěku a jeho zvedání bude vyžadovat značné úsilí.

Archimedův zákon je nezbytný a submariners. Faktem je, že hustota mořské vody mění svou hodnotu v závislosti na hloubce ponoru. Správný výpočet hustoty umožní podmořníkům správně vypočítat tlak vzduchu uvnitř skafandru, což ovlivní manévrovatelnost potápěče a zajistí jeho bezpečné potápění a výstup. Při hlubinném vrtání je třeba vzít v úvahu také právo Archimedes, obrovské vrtné soupravy ztrácejí až 50% své hmotnosti, což činí jejich přepravu a provoz levnější.