Виштовхування предметів з води і повітря, російська фізика

70. Виштовхування предметів з води і повітря

Кожен з нас помічав, що важкі предмети у воді стають легше. Пояснюється це тим, що вода виштовхує предмети вгору.

Предмети виштовхуються з будь-якого середовища. У земних умовах ухил питомих тисків води і повітря є завжди, але на космічній станції, в умовах невагомості вода, наприклад, його не має, і тому вона не виштовхує предмети нікуди.

Зусилля виштовхування можна порахувати двояким способом: зазвичай - через ухил і в окремому випадку - через обсяг предмета.

Почнемо з другого способу. Його приватний характер полягає в тому, що він застосовується лише в разі відкритої стоячої води. Для рідин, що рухаються з прискоренням або знаходяться в обертанні, він непридатний.

Візьмемо невелику ємність, заповнену водою, і будемо опускати в неї предмет. Неважко помітити, що рівень води в ємності при цьому підвищується. Якщо ж предмет витягати з води, її рівень буде знижуватися.

Створюється враження, що предмет і витісняється їм вода як би знаходяться на різних шальках важільних рівноплечого ваг: опускається предмет - піднімається вода; піднімається предмет - опускається вода.

Пояснюється все тяжінням Землі: предмет тяжіє до Землі із зусиллям FПР; витісняється їм вода тяжіє із зусиллям FB в обсязі предмета.

Припустимо, що предмет - легкий; його щільність інерції ρпр менше щільності інерції води ρВ. Такий предмет буде спливати, і зусилля спливання визначиться як

Зусилля тяжіння витісняється води FВ визначається за формулою

де IВ - інерція витісняється води; VПР - обсяг предмета.

З урахуванням цього визначимо зусилля спливання предмета:

Запам'ятаємо цей вислів і повторимо розрахунок за законом витіснення порожнечі.

У зануреного в воду предмета в порівнянні з водою є додатковий обсяг вакууму Δg; саме тому щільність інерції предмета менше щільності інерції води.

Зусилля спливання за законом витіснення порожнечі визначається як

де UВ - ухил питомої тиску води; він нами раніше визначений і дорівнює UВ = 9,8 ρВ.

Якби обсяг предмета VПР був менше на Δg. а інерція Іпр залишалася б незмінною, то його щільність інерції дорівнювала б щільності інерції води:

Ізвлечём з даного вираження Δg:

Підставами значення UВ і Δg в формулу зусилля спливання предмета ΔF:

Отримали те ж саме вираз, яке було при першому розрахунку. Тільки тепер виштовхування предмета вже - не вгору, а під ухил питомої тиску води.

Якщо занурюваної в воду предмет - важкий (його щільність інерції більше щільності інерції води), то в отриманому виразі поміняються знаки:

Тепер уже ΔF - не зусилля спливання, а зусилля занурення.

У загальному випадку, стосовно будь-якої плинної середовищі цей вислів можна записати так:

де F - зусилля тяжіння предмета; ρ - щільність інерції середовища; V - об'єм виштовхує предмета.

Тут (9,8 * ρ * V) - зусилля виштовхування предмета.

Визначимо зусилля занурення в воду сталевого предмета з інерцією 10 ін; щільність інерції стали ρСТ = 7,8 * 10 3 пин; щільність води ρ = 10 3 пин.

Зусилля тяжіння предмета:

Зусилля занурення предмета в воду:

Зусилля тяжіння сталевого предмета зменшилася на