Вы когда-нибудь задумывались, почему одни предметы плавают, а другие тонут? Знаете ли вы, что на каждый предмет в жидкости действует направленная вверх сила жидкости? Давайте копать и узнать больше.
ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ
К концу этой темы вы должны;
ВВЕДЕНИЕ
Все объекты в жидкости испытывают восходящую силу жидкости независимо от того, погружены они в воду или плавают. Эта направленная вверх сила называется выталкивающей силой. Силу выталкивания также называют выталкивающей силой и обозначают буквой «у».
ПРИНЦИП АРХИМЕДА
Греческий ученый по имени Архимед провел первые эксперименты по измерению тяги объекта в жидкости. Принцип Архимеда гласит, что «когда тело полностью погружено в жидкость, оно испытывает направленную вверх силу, равную весу вытесненной жидкости».
Когда твердое тело погружено в жидкость, напор на это тело будет равен весу вытесненной воды.
Например, металлический брусок объемом 60 см 3 и весом в воздухе 4,80 Н погружен в жидкость. Определите вес бруска, полностью погруженного в жидкость плотностью 1200 кгм -3 .
Решение
Объем вытесненной жидкости = 60см 3 = 6,0×10 -5 м 3 .
Вес вытесненной жидкости = объем x плотность 6,0 × 10 -5 × 1200 × 10 = 0,72 Н.
Выброс = вес вытесненной жидкости. Вес блока в жидкости = 4,80 – 0,72 = 4,08 Н.
ПЛАВАЮЩИЕ ОБЪЕКТЫ
Предметы, плавающие в жидкости, имеют меньшую плотность, чем жидкости, в которых они плавают. Можно определить соотношение между весом вытесненной жидкости и весом тела.
Вес вытесненной жидкости равен весу бруска в воздухе. Это согласуется с законом плавучести, который гласит, что «тело вытесняет собственный вес». Это соотношение может быть представлено математически, как показано ниже;
Вес = объем x плотность x сила тяжести = v × ρ × g
W = vd × ρ × g, где vd — объем вытесненной жидкости.
Обратите внимание, что плавучесть — это особый вид закона Архимеда. Это происходит потому, что плавающее тело тонет до тех пор, пока выталкивающая тяга не станет равной весу тела.
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ
Относительная плотность была установлена как отношение плотности вещества к плотности воды. По закону плавучести тело вытесняет жидкость, равную его собственному весу, поэтому можно установить следующие математические выражения.
Относительная плотность = \(\frac{\textrm{ density of substance}}{\textrm{density of water}}\) \(\frac{\textrm{weight of substance}}{\textrm{weight of equal }volume of water}\) = \(\frac{\textrm{mass of substance}}{\textrm{mass of equal volume of water}}\)
ПРИМЕНЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ И ПРИНЦИПА АРХИМЕДА
1. Корабли . Вы когда-нибудь задумывались, почему железная игла сразу тонет в воде, а не большой корабль? Ответ — принцип Архимеда. Гвоздь тонет, потому что вес вытесненной воды меньше веса иглы — плотность железа больше плотности воды. Принцип Архимеда применяется при строительстве кораблей. Большие части корабля оставлены полыми, чтобы корабль весил меньше, чем вытесненная вода. Выталкивающая сила, величина которой равна вытесненной воде, удерживает корабль на плаву.
2. Подводные лодки . Подводная лодка может плавать на воде, а также может находиться под водой. Это достигается за счет балластных и сжатых цистерн. Когда балластная цистерна заполнена водой, подводная лодка погружается. Это связано с тем, что она имеет более высокую плотность, чем вытесненная вода. При вытеснении воды из балластной цистерны с помощью компрессионной цистерны плотность подводной лодки снижается меньше, чем плотность вытесняемой воды. Поэтому подводная лодка способна плавать.
3. Воздушные шары . Воздушный шар поднимается в воздух, когда воздух, окружающий воздушный шар, имеет больший вес, чем воздушный шар. Когда веса равны, воздушный шар остается неподвижным.
4. Ареометры . Это прибор, используемый для измерения удельного веса или плотности жидкостей. Он состоит из полой стеклянной трубки с более широким основанием в форме колбы и запаян с обоих концов. Уровень ареометра, погруженного в жидкость, и воды, вытесненной ареометром, измеряют, чтобы получить удельный вес жидкости. Если ареометр погружается глубже, это показывает, что образец почвы имеет меньший удельный вес.
