ФІЗИКА. Вчимося розв'язувати задачі. "МЕХАНІКА". Компенсаційний курс
Теоретичні відомості
6.2. Теоретичні відомості. Сила Архімеда
|
При зануренні тіла в рідину чи газ гідростатичні тиск (6.2) на верхню частину поверхні тіла є меншим, ніж на нижню. Через це виникає виштовхувальна сила, що визначається законом Архімеда: |
на тіло в рідині (газі) діє виштовхувальна (архімедова) сила, рівна вазі рідини в об'ємі зануреної частини тіла.
У нерухомій посудині з рідиною величина архімедової сили
|
${{F}_{A}}=\rho Vg$, |
(6.7) |
а в посудині, що має прискорення \( \vec{a}\), відповідно до означення ваги (2.10),
|
${\vec{F}_{A}}=\rho V\left( \vec{a}-\vec{g} \right)$, |
(6.7а) |
де \( \rho \) – густина рідини, V – об'єм зануреної в рідину або газ частини тіла.
Архімедова сила є рівнодійною сил тиску, з якими рідина (газ) діє на всі точки зануреного тіла. Вона завжди є прикладена в центрі ваги тієї рідини, місце якої зайняло дане тіло.
Якщо тіло повністю занурити в рідину й відпустити, то, залежно від величини сили тяжіння FТ та архімедової сили FA, можливі три випадки, як відображено на рис. 6.5 а), б), в):
а) FA ≤ FТ – тіло тоне (опускається на дно);
б) FA = FТ – тіло плаває, тобто є зважене (перебуває всередині рідини в стані байдужої рівноваги);
в) FA ≥ FТ – тіло спливає (піднімється на поверхню).
В останньому випадку архімедова сила, що зрівноважує силу тяжіння, визначається об'ємом тільки зануреної частини тіла \( {V}^{\prime}\) (рис.6.5 г). Але в процесі спливання та при плаванні обидві сили визначаються об'ємом всього тіла та густинами речовини тіла ρт і рідини ρ. Тому із співвідношень б), в) маємо наступну умову плавання:
| ρт ≤ ρ. |
(6.8) |
Зауважимо, що умова (6.8) стосується лише суцільних тіл. Порожнисті тіла можуть плавати та спливати й тоді, коли густина їхньої речовини є більшою за густину рідини. На цьому ґрунтується судноплавство та повітроплавання.