Ви коли-небудь замислювалися, чому одні предмети плавають, а інші тонуть? Чи знаєте ви, що кожен предмет у рідині відчуває силу, що піднімається вгору від рідини? Давайте покопаємось і дізнаємося більше.
МЕТА НАВЧАННЯ
До кінця цієї теми ви повинні:
ВСТУП
Усі об’єкти в рідині відчувають висхідну силу від рідини, незалежно від того, занурені вони чи плавають. Ця сила, спрямована вгору, називається силою висунення . Силу штовхання також називають виштовхуючою силою і позначають літерою «u».
ПРИНЦИП АРХІМЕДА
Грецький вчений на ім'я Архімед провів перші експерименти з вимірювання висунення об'єкта в рідині. Принцип Архімеда стверджує, що «коли тіло повністю занурене в рідину, воно відчуває спрямовану вгору силу, яка дорівнює вазі витісненої рідини».
Коли тверде тіло занурюється в рідину, сила висунення цього твердого тіла дорівнює вазі витісненої води.
Наприклад, металевий блок об’ємом 60 см 3 і вагою 4,80 Н у повітрі занурений у рідину. Визначте вагу блоку, коли він повністю занурений у рідину з густиною 1200 кгм -3 .
Рішення
Об'єм витісненої рідини = 60 см 3 = 6,0 × 10 -5 м 3 .
Вага витісненої рідини = об’єм х густина 6,0 × 10 -5 × 1200 × 10 = 0,72 Н
Поштовх = вага витісненої рідини. Вага блоку в рідині = 4,80 – 0,72 = 4,08 Н
ПЛАВАЮЧІ ОБ'ЄКТИ
Об’єкти, які плавають у рідинах, мають меншу щільність, ніж рідини, в яких вони плавають. Можна визначити залежність між масою витісненої рідини та масою тіла.
Вага витісненої рідини дорівнює вазі блоку в повітрі. Це узгоджується із законом плавання, який стверджує, що «тіло витісняє власну вагу». Це співвідношення може бути представлено математично, як показано нижче;
Вага = об’єм x густина x сила тяжіння = v × ρ × g
W = vd × ρ × g, де vd — об’єм витісненої рідини.
Зверніть увагу, що спливання є особливим видом принципу Архімеда. Це пояснюється тим, що плаваюче тіло тоне до тих пір, поки поштовх не зрівняється з вагою тіла.
ВІДНОСНА ГУСТИНА
Відносну густину встановили як відношення густини речовини до густини води. Відповідно до закону плавання об’єкт витісняє рідину, яка дорівнює його власній вазі, отже, можна встановити наступні математичні вирази.
Відносна густина = \(\frac{\textrm{ density of substance}}{\textrm{density of water}}\) = \(\frac{\textrm{weight of substance}}{\textrm{weight of equal }volume of water}\) = \(\frac{\textrm{mass of substance}}{\textrm{mass of equal volume of water}}\)
ЗАСТОСУВАННЯ ВІДНОСНОЇ ГУСТИНИ ТА ПРИНЦИПУ АРХІМЕДА
1. Кораблі . Ви ніколи не замислювалися, чому залізна голка відразу тоне у воді, а не великий корабель? Відповідь - принцип Архімеда. Цвях тоне, тому що вага витісненої води менша, ніж вага голки - густина заліза більша, ніж вода. Принцип Архімеда застосовується при будівництві кораблів. Великі частини корабля залишають порожнистими, щоб корабель важив менше, ніж витіснена вода. Виштовхувальна сила, величина якої дорівнює витісненій воді, утримує судно на плаву.
2. Підводні човни . Підводний човен може плавати на воді, а також може бути зануреним. Це досягається баластними і стиснутими цистернами. Коли баластна цистерна заповнюється водою, підводний човен занурюється. Це пояснюється тим, що він має більшу щільність, ніж витіснена вода. Коли вода з баластної цистерни викидається за допомогою стиснутого бака, щільність підводного човна знижується менше, ніж щільність витісненої води. Тому субмарина здатна плавати.
3. Повітряні кулі . Повітряна куля піднімається в повітря, коли повітря, що оточує кулю, має більшу вагу, ніж куля. Коли вага рівна, повітряна куля залишається нерухомою.
4. Ареометри . Це прилад, який використовується для вимірювання питомої ваги або ваги рідин. Він складається з порожнистої скляної трубки з ширшою основою у формі колби та герметично закритий з обох кінців. Щоб отримати питому вагу рідини, вимірюється рівень ареометра, зануреного в рідину, і води, витісненої ареометром. Якщо ареометр опускається глибше, це показує, що зразок ґрунту має меншу питому вагу.
