ГЛАВА 1. Закон Архімеда
Проробимо досліди. До коромислу ваг підвісимо два однакових кулі. Їх вага однаковий, тому коромисло знаходиться в рівновазі (рис. В«аВ»). Підставимо під правий куля порожній стакан. Від цього вага куль не зміниться, тому рівновагу збережеться (рис. В«бВ»). br/> В
Заповнимо склянку вуглекислим газом, щільність якого більше щільності повітря (рис. В«вВ»). Рівновага порушиться, показуючи, що вага правого кулі став менше. Це сталося тому, що на кулю у вуглекислому газі діє велика архимедова сила, ніж у повітрі. br/>В
Другий досвід. Підвісимо до динамометру велику картоплину. Ви бачите, що її вага дорівнює 3,5 Н. зануриться картоплину у воду. Ми виявимо, що її вага зменшилася і став дорівнює 0,5 Н.
Обчислимо зміна ваги картоплі:
D W = 3,5 Н - 0,5 Н = 3 Н
Чому ж вага картоплі зменшився саме на 3 Н? Очевидно тому, що у воді на картоплю подіяла виштовхуюча сила такої ж величини. Іншими словами, сила Архімеда дорівнює зміні ваги тіла:
В
F арх - архимедова сила, Н. D W т - зміна ваги тіла, Н.
Ця формула виражає спосіб вимірювання сили Архімеда: потрібно двічі виміряти вагу тіла і обчислити його зміну. ​​ Отримане значення дорівнює силі Архімеда.
Для виведення наступній формули проробимо досвід з приладом В«відерце АрхімедаВ». Основні його частини наступні: пружина зі стрілкою 1, відерце 2, тіло 3, отливной посудину 4, стаканчик 5. p> Спочатку пружину, відерце і тіло підвішують до штатива (рис. В«аВ») і відзначають положення стрілки жовтої міткою. Потім тіло поміщають в отливной судину. У міру занурення тіло витісняє деякий обсяг води , який зливається в стаканчик (рис. В«бВ»). Вага тіла стає менше, тому пружина стискається, і стрілка піднімається вище жовтої мітки.
В
Переллємо воду, витиснену тілом, з стаканчика в відерце (рис. В«вВ»). Найдивовижніше в тому, що коли вода буде перелита (рис В«гВ»), стрілка не просто опуститься вниз, а вкаже точно на жовту мітку! Значить, вага влитий у відерце води зрівноважив архимедову силу . p> У вигляді формули цей висновок запишеться так:
В
Узагальнюючи результати досвіду, отримаємо закон Архімеда : виштовхуюча сила, що діє на тіло в рідині (або газі), дорівнює вазі рідини (газу), взятої в обсязі цього тіла і спрямована протилежно вектору його ваги.
Обчислення сили Архімеда
У попередньому параграфі ми назвали дві формули, за допомогою яких силу Архімеда можна виміряти. Тепер виведемо формулу, за допомогою якої силу Архімеда можна обчислити.
Закон Архімеда виражається формулою (див. В§ 3-е):
В
F арх = W ж
Приймемо, що вага витісненої рідини дорівнює діючої на неї силі тяжіння:
В
W ж = F тяж = m ж g
Маса витісненої рідини може бути знайдена за формулою для розрахунку щільності:
r = m/V Гћ m ж = r ж V ж
Підставляючи формули один в одного, отримаємо рівність:
В
F арх = W ж = F тяж = m ж g = r ж V ж g
Випишемо початок і кінець цієї рівності:
В
F арх = r ж gV ж
Згадаймо, що закон Архімеда справедливий для рідин і газів. Тому замість позначення В«r ж В»Більш правильно використовувати позначенняВ« r ж / г В». Також зауважимо, що обсяг рідини, витісненої тілом, в точності дорівнює обсягом зануреної частини тіла: V ж = V ПЧТ . З урахуванням цих уточнень отримаємо:
В В
вивели окремий випадок закону Архімеда - формулу, яка має спосіб обчислення сили Архімеда. Ви запитаєте: чому ж ця формула - В«Окремий випадокВ», тобто менш загальна? p> Пояснимо прикладом. Уявімо, що ми проводимо досліди в космічному кораблі. Відповідно до формули F арх = W ж , архимедова сила дорівнює нулю (оскільки вага рідини дорівнює нулю), згідно ж формулою F арх = r ж/г gV ПЧТ архимедова сила нулю не дорівнює, так як жодна з величин (r, g , V ) в невагомості в нуль не зверталися. Перейшовши від уявних дослідів до справжніх, ми переконаємося, що справедлива саме загал...
