Архимедова сила - спиш у Антошки
Чому ми можемо лежати на поверхні моря, не опускаючись на дно? Чому плавають на поверхні води важкі кораблі?
Напевно, існує якась сила, яка виштовхує людей і кораблики, тобто, все тіла з води і дозволяє плавати на поверхні.
Залежність тиску в рідині або газі від глибини занурення тіла призводить до появи сили, що виштовхує, або інакше сили Архімеда. діючої на будь-яке тіло, занурене в рідину або газ. Розглянемо силу Архімеда докладніше на прикладі.
Всі ми пускали кораблики по калюжах. А який кораблик без капітана? Що ми спостерігали? Кораблик під вагою капітана занурюється глибше. А якщо ми ми розміщували на нашому кораблику п'ять або вісім капітанів? Наш кораблик опускався на дно.
Що ж ми можемо витягти корисного з цього досвіду? Коли збільшувався вага кораблика, то ми бачили, що кораблик нижче опускався в воду. Тобто, вага тіла збільшував тиск на воду, а виштовхує сила залишалася колишньою.
Коли ж вага тіла перевищив величину сили, що виштовхує, то кораблик під дією цієї сили опустився на дно. Тобто, існує виштовхує сила, однакова для конкретного тіла, але різна для різних тіл.
Виштовхуюча сила, вона ж сила Архімеда, яка діє на тіло, занурене в рідину, дорівнює вазі рідини, витісненої цим тілом.
де mж - це маса рідини,
а Pж - вага витісненої тілом рідини.
А так як маса у нас дорівнює: mж = ρж * Vж. то з формули сили Архімеда ми бачимо, що вона не залежить від щільності зануреного тіла, а тільки від обсягу та щільності витісненої тілом рідини.
Архимедова сила - це векторна величина. Причина існування викидає сили - різниця в тиску на верхню і нижню частину тела.Указанное на малюнку тиск P2> P1 через більшої глибини. Для виникнення сили Архімеда досить того, щоб тіло було занурене в рідину хоча б частково.
Так, якщо тіло пливе по поверхні рідини, значить виштовхує сила, що діє на занурену в рідину частина цього тіла дорівнює силі тяжіння всього тіла. Якщо щільність тіла більше щільності рідини, то тіло тоне, якщо менше - то спливає.
Тіло ж, занурене в рідину, втрачає у своїй вазі рівно стільки, скільки важить витіснена ним вода. Тому, природно припустити, що якщо вага тіла менше ваги води такого ж об'єму, то воно буде плавати на поверхні, а якщо більше - то потоне.
Якщо ж вага тіла і води буде дорівнює, то тіло може чудово плавати в товщі води, як і надходять всі водні мешканці. Щільність оганизма, що живуть у воді майже не відрізняється від щільності води, тому міцні скелети їм не потрібні!
Риби регулюють глибину занурення, змінюючи середню щільність свого тіла. Для цього їм необхідно лише змінити обсяг плавального міхура. скорочуючи або розслабляючи м'язи.
Біля берегів Єгипту, водиться дивовижна риба фагак. Наближення небезпеки змушує фагака швидко заковтувати воду. При цьому в стравоході риби відбувається бурхливий розкладання продуктів харчування з виділенням значної кількості газів. Гази заповнюють не тільки діючу порожнину стравоходу, але і наявний при ній сліпий виріст. В результаті тіло фагака сильно роздувається, і, відповідно до закону Архімеда, він швидко спливає на поверхню водойми. Тут він плаває, повиснувши догори черевом, поки що виділилися в його організмі гази не зникнуть. Після цього сила тяжіння опускає його на дно водойми, де він переховується серед придонних водоростей.
Завдання 4. Одного разу у Вінні-Пуха скінчився мед. Він взяв 26 кульок з гелієм, важкий камінь і горщик для меду, а потім пішов до високого дерева, на вершині якого був вулик. Там Вінні-Пух відпустив камінь і злетів до вулика. Зацепівщісь за вершину дерева, він почав діставати мед з вулика. Вінні-Пух розумів, що йому ще треба спуститися вниз і не розбитися, тому він набрав в горщик всього 8 кг меду. Його прогноз виявився вірним, тому що відштовхнувшись від дерева, він почав повільно опускатися вниз. Але все виявилося складніше, ніж думав Вінні-Пух, оскільки його раптово наздогнали бджоли. Засмучені розкраданням меду, вони лопнули 11 кульок. Почавши швидко спускатися вниз, Вінні-Пух зрозумів, що може розбитися і не покуштувати меду. Він вирішив прикинутися дрейфуючій хмаринкою і врятувати при цьому найбільшу кількість меду. Йому це вдалося, хоча чимось довелося пожертвувати. Скільки меду врятував Вінні-Пух? Відповідь виразити в кг, округливши до десятих. Маса порожнього горщика становить 5,4 кг. Щільність повітря дорівнює 1,2 кг / м 3. а гелію - 0,3 кг / м 3. Обсяг кожного з кульок складає 1 м 3.
Рішення:
На кожен повітряну кульку діє сила Архімеда і менша за величиною сила тяжіння. Їх різниця забезпечує підйомну силу кульки
F = (ρа - ρт) gV
так що кожен кульку може утримувати вантаж масою m такий, що mg = F. Значить, маса, яка утримується одним кулькою.
m = F / g = (ρа - ρт) gV / g = (ρа - ρт) V
m = (1.2 - 0.3) * 1 = 0.9 кг
Коли кульок було 26, вони, очевидно, могли утримувати вантаж
m = 26 * 0.9 = 23.4 кг
Пуха, мед і горщик ці кульки утримували, інакше Пуху не вдалося б спуститися повільно. Так як горщик важить 5,4 кг, а мед - 8 кг, отже звір важить 10 кг.
В кінці у Вінні залишилося 15 кульок, що витримують разом вантаж масою 15 * 0,9 = 13,5 кг. Значить, корисного вантажу Пух може залишити не більше 13,5 - 10 = 3,5 кг.
Марно залишати горщик - він занадто важкий. Вінні потрібно з'їсти 3,5 кг меду, а решта викинути разом з горщиком.
Відповідь: mм = 3,5 кг