Выталкивающая сила для цилиндра

Гениальный учёный Архимед, живший в древнегреческих Сиракузах в III веке до нашей эры, прославился среди современников как создатель оборонительных машин, способных перевернуть боевой корабль. Другое его изобретение, «Архимедов винт», по сей день остаётся важнейшей деталью гигантских буровых установок и кухонных мясорубок. Мир обязан Архимеду революционными открытиями в области оптики, математики и механики.

Его личность окутана легендами, порой весьма забавными. С одной из них мы и начнём нашу статью.

Видео:От чего зависит выталкивающая силаСкачать

«Эврика!» Открытие закона Архимеда

Однажды царь Сиракуз Гиерон II обратился к Архимеду с просьбой установить, действительно ли его корона выполнена из чистого золота, как утверждал ювелир. Правитель подозревал, что мастер прикарманил часть драгоценного металла и частично заменил его серебром.

В те времена не существовало способов определить химический состав металлического сплава. Задача поставила учёного в тупик. Размышляя над ней, он отправился в баню и лёг в ванну, до краёв наполненную водой. Когда часть воды вылилась наружу, на Архимеда снизошло озарение. Такое, что учёный голышом выскочил на улицу и закричал «Эврика!», что по-древнегречески означает «Нашёл!».

Он предположил, что вес вытесненной воды был равен весу его тела, и оказался прав. Явившись к царю, он попросил принести золотой слиток, равный по весу короне, и опустить оба предмета в наполненные до краёв резервуары с водой. Корона вытеснила больше воды, чем слиток. При одной и той же массе объём короны оказался больше, чем объём слитка, а значит, она обладала меньшей плотностью, чем золото. Выходит, царь правильно подозревал своего ювелира.

Так был открыт принцип, который теперь мы называем законом Архимеда:

На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела.

Эта выталкивающая сила и называется силой Архимеда.

Видео:Архимедова сила | Физика 7 класс #37 | ИнфоурокСкачать

Формула силы Архимеда

На любой объект, погружённый в воду, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Таким образом, вес объекта, погружённого в воду, будет отличаться от его веса в воздухе в меньшую сторону. Разница будет равна весу вытесненной воды.

Чем больше плотность среды — тем меньше вес. Именно поэтому погрузившись в воду, мы можем легко поднять другого человека.

Читайте также: Как почистить цилиндры суппортов

Выталкивающая сила зависит от трёх факторов:

• плотности жидкости или газа (p);
• ускорения свободного падения (g);
• объёма погружённой части тела (V).

Сопоставив эти данные, получаем формулу:

Видео:Закон Архимеда. Сила Архимеда. Принцип Архимеда. Простыми словамиСкачать

Как действует сила Архимеда

Поскольку сила Архимеда, действующая на тело, зависит от объёма его погружённой части и плотности среды, в которой оно находится, можно рассчитать, как поведёт себя то или иное тело в определённой жидкости или газе.

Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.

Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.

Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдёт на дно.

Сила Архимеда в жидкости: почему корабли не тонут

Корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Но если корабль получит пробоину и пространство внутри заполнится водой, то общая плотность судна увеличится, и оно утонет.

В подводных лодках существуют специальные резервуары, заполняемые водой или сжатым воздухом в зависимости от того, нужно ли уйти на глубину или подняться ближе к поверхности. Тот же самый принцип используют рыбы, наполняя воздухом специальный орган — плавательный пузырь.

На тело, плотно прилегающее ко дну, выталкивающая сила не действует. Это учитывают при подъёме затонувших кораблей. Сначала судно слегка приподнимают, позволяя воде проникнуть под него. Тогда давление воды начинает действовать на корабль снизу.

Но чтобы поднять корабль на поверхность, необходимо уменьшить его плотность. Разумеется, воздух в получившем пробоину корпусе не удержится. Поэтому его заполняют каким-нибудь лёгким веществом, например, шариками пенополистирола.

Примечательно, что эта идея впервые пришла в голову не учёным, а авторам диснеевского комикса, в котором Дональд Дак таким образом поднимает со дна яхту Скруджа Макдака. Датский инженер Карл Кройер (Karl Krøyer), впервые применивший метод на практике, по собственному признанию вдохновлялся «Утиными историями».

Сила Архимеда в газах: почему летают дирижабли

В воздухе архимедова сила действует так же, как в жидкости. Но поскольку плотность воздуха обычно намного меньше, чем плотность окружённых им предметов, выталкивающая сила оказывается ничтожно мала.

Впрочем, есть исключения. Воздушный шарик, наполненный гелием, стремится вверх именно потому, что плотность гелия ниже, чем плотность воздуха. А если наполнить шар обычным воздухом — он упадёт на землю. Плотность воздуха в нём будет такая же, как у воздуха снаружи, но более высокая плотность резины обеспечит падение шарика.

Этот принцип используется в аэростатах — воздушные шары и дирижабли наполняют гелием или горячим воздухом (чем горячее воздух, тем ниже его плотность), чтобы подняться, и снижают концентрацию гелия (или температуру воздуха), чтобы спуститься. На них действует та же выталкивающая сила, что и на подводные лодки. Именно поэтому перемещения на аэростатах называют воздухоплаванием.

Учите физику вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду PHYSICS72021 вы получите бесплатный доступ к курсу физики 7 класса, в котором изучается архимедова сила.

Видео:Сила Архимеда. 7 класс.Скачать

Когда сила Архимеда не работает

• Если тело плотно прилегает к поверхности. Если между телом и поверхностью нет жидкости или газа — нет и выталкивающей силы. Именно поэтому подводным лодкам нельзя ложиться на илистое дно — мощности их двигателей не хватит, чтобы преодолеть давление толщи воды сверху.
• В невесомости. Наличие веса у жидкости или газа — обязательное условие для возникновения архимедовой силы. В состоянии невесомости горячий воздух не поднимается, а холодный не опускается. Поэтому на МКС создают принудительную конвекцию воздуха с помощью вентиляторов.
• В растворах и смесях. Если в воду налить спирт, на него не будет действовать сила Архимеда, хотя плотность спирта меньше плотности воды. Поскольку связь между молекулами спирта слабее, чем связь молекул воды, он растворится в воде, и образуется новая жидкость — водный раствор спирта.

Читайте также: Ваз 2121 главный тормозной цилиндр устройство

У нас вы сможете учиться в удобном темпе, делать упор на любимые предметы и общаться со сверстниками по всему миру.

Попробовать бесплатно

Интересное по рубрике

Найдите необходимую статью по тегам

Подпишитесь на нашу рассылку

Мы в инстаграм

Домашняя онлайн-школа
Помогаем ученикам 5–11 классов получать качественные знания в любой точке мира, совмещать учёбу со спортом и творчеством

Посмотреть

Рекомендуем прочитать

Реальный опыт семейного обучения

Звонок по России бесплатный

Если вы не нашли ответ на свой вопрос на нашем сайте, включая раздел «Вопросы и ответы», закажите обратный звонок. Мы скоро свяжемся с вами.

Видео:Выталкивающая сила в разных жидкостях.Скачать

Определение цилиндра. Формула для объема. Решение задачи с латунным цилиндром

Пространственная геометрия, курс которой изучают в 10-11 классах школы, рассматривает свойства объемных фигур. В статье дается геометрическое определение цилиндра, приводится формула для вычисления его объема, а также решается физическая задача, где важно знать этот объем.

Видео:Опыты по физике. Закон АрхимедаСкачать

Что такое цилиндр?

С точки зрения стереометрии, определение цилиндру можно дать следующее: он представляет собой фигуру, образованную в результате параллельного перемещения прямого отрезка вдоль некоторой плоской замкнутой кривой. Названый отрезок не должен принадлежать той же плоскости, что и кривая. Если кривой является окружность, а отрезок перпендикулярен ей, то образованный описанным способом цилиндр называется прямым и круглым. Он показан на рисунке ниже.

Не трудно догадаться, что эту фигуру можно получить, если вращать прямоугольник вокруг любой из его сторон.

Цилиндр имеет два одинаковых основания, которые являются кругами, и боковую цилиндрическую поверхность. Окружность основания называется директрисой, а перпендикулярный отрезок, соединяющий окружности разных оснований — это генератриса фигуры.

Видео:Урок 63 (осн). Закон АрхимедаСкачать

Как найти объем круглого прямого цилиндра?

Познакомившись с определением цилиндра, рассмотрим, какие параметры следует знать, чтобы математически описать его характеристики.

Расстояние между двумя основаниями — это высота фигуры. Очевидно, что она равна длине генератрисы. Будем обозначать высоту латинской буквой h. Радиус круга в основании обозначим буквой r. Он также называется радиусом цилиндра. Введенных двух параметров достаточно, чтобы однозначно описать все свойства рассматриваемой фигуры.

Читайте также: Что из себя представляет блок цилиндров

Учитывая геометрическое определение цилиндра, объем его можно вычислить по следующей формуле:

Здесь S — это площадь основания. Заметим, что для любого цилиндра и для всякой призмы справедлива записанная формула. Тем не менее для круглого прямого цилиндра ею пользоваться достаточно удобно, поскольку высота является генератрисой, а площадь S основания можно определить, вспомнив формулу для площади круга:

Таким образом, рабочая формула для объема V рассматриваемой фигуры запишется в виде:

Видео:Закон АрхимедаСкачать

Выталкивающая сила

Каждый школьник знает, что если какой-нибудь предмет погрузить в воду, то его вес станет меньше. Причиной этого факта является возникновение выталкивающей, или архимедовой силы. Она действует на любые тела, независимо от их формы и материала, из которого они изготовлены. Силу Архимеда можно определить по формуле:

Здесь ρl и Vl — плотность жидкости и вытесненный телом ее объем. Важно не путать этот объем с объемом тела. Они будут совпадать только в том случае, если тело полностью погружено в жидкость. При любом частичном его погружении Vl всегда меньше V тела.

Выталкивающей сила FA называется потому, что она направлена вертикально вверх, то есть является противоположной по направлению силе тяжести. Разные направления векторов сил приводят к тому, что вес тела в любой жидкости меньше, чем на воздухе. Справедливости ради отметим, что в воздухе на все тела также действует выталкивающая сила, однако она пренебрежимо мала по сравнению с архимедовой силой в воде (меньше в 800 раз).

Разницу в весе тел в жидкости и в воздухе используют для определения плотностей твердых и жидких веществ. Этот метод получил название гидростатического взвешивания. Согласно легенде, впервые его применил Архимед для определения плотности металла, из которого была сделана корона.

Воспользуемся приведенной формулой для определения выталкивающей силы, действующей на цилиндр из латуни.

Видео:Лабораторная работа №8 Определение выталкивающей силы, действующей на погружённое в жидкость телоСкачать

Задача на вычисление силы Архимеда, действующей на латунный цилиндр

Известно, что латунный цилиндр имеет высоту 20 см и диаметр 10 см. Чему будет равна архимедова сила, которая на него начнет действовать, если цилиндр бросить в дистиллированную воду.

Для определения выталкивающей силы на латунный цилиндр в первую очередь следует в таблице посмотреть плотность латуни. Она равна 8600 кг/м3 (это среднее значение ее плотности). Поскольку эта величина больше плотности воды (1000 кг/м3), то объект утонет.

Для определения силы Архимеда достаточно найти объем цилиндра, а затем воспользоваться приведенной формулой для FA. Имеем:

V = pi*r2*h = 3,14*52*20 = 1570 см3

В формулу мы подставили значение радиуса 5 см, так как он в два раза меньше данного в условии задачи диаметра.

Для выталкивающей силы получаем:

FA = ρl*g*V = 1000*9,81*1570*10-6 = 15,4 Н

Здесь мы перевели объем V в м3.

Таким образом, на цилиндр из латуни известных размеров, погруженный в воду, будет действовать направленная вверх сила 15,4 Н.

🔥 Видео

Физика 7 класс (Урок№25 - Действие жидкости и газа на погружённое в них тело.)Скачать

🔴 Курс ОГЭ-2024 по физике. Урок №13. Сила Архимеда. Плавание тел | Бегунов М.И.Скачать

Действие жидкости и газа на погруженное в них тело | Физика 7 класс #36 | ИнфоурокСкачать

Сила АрхимедаСкачать

ОПЫТ :зависимость выталк.силы от объема тела при одинаковой массе цилинд.и одинаков жидкост(физика)Скачать

Архимедова силаСкачать

Урок 64 (осн). Задачи на закон Архимеда - 1Скачать

ОПЫТ :зависимость вытал. силы от плотности жидкости ,если объемы цилиндров одинаковые(физика)Скачать

СИЛА АРХИМЕДА. ЕГЭ Физика. Николай Ньютон. ТехноскулСкачать