Arhimedov zakon: Definicija i formula

Često su znanstvena otkrića rezultat puke slučajnosti. Ali samo ljudi s iskusnim umom mogu shvatiti važnost jednostavne slučajnosti i iz nje izvući dalekosežne zaključke. Zahvaljujući lancu slučajnih događaja u fizici pojavio se Arhimedov zakon, objašnjavajući ponašanje tijela u vodi.

priča

U Siracusi su izrađene Arhimedove legende. Jednom je vladar ovog veličanstvenog grada doveo u pitanje iskrenost svog zlatara. Kruna, stvorena za vladara, morala je sadržavati određenu količinu zlata. Provjerite ovu činjenicu povjerio Arhimed.

Arhimed je otkrio da u zraku iu vodi tijela imaju različite težine, a razlika je izravno proporcionalna gustoći tijela koje se mjeri. Mjerenjem težine krune u zraku i vodi i provedbom sličnog eksperimenta s cijelim komadom zlata, Arhimed je dokazao da u nekoj krunici postoji nečistoća lakšeg metala. Prema legendi, Arhimed je otkrio ovo otkriće u kadi, promatrajući prskanu vodu. Ono što se dalje dogodilo s nepoštenim zlatarem, povijest je tiha, ali zaključak Syracuseovog znanstvenika bio je temelj jednog od najvažnijih zakona fizike, kojeg poznajemo kao Arhimedov zakon.

formuliranje

Rezultate njegovih eksperimenata opisao je Arhimed u svom djelu “O plutajućim tijelima”, koji je, nažalost, naše dane dostigao samo u obliku prolaza. Moderna fizika opisuje Arhimedov zakon kao ukupnu silu koja djeluje na tijelo uronjeno u tekućinu. Plutajuća sila tijela u tekućini usmjerena je prema gore; njegova apsolutna vrijednost jednaka je težini pomaknutog fluida.

Djelovanje tekućina i plinova na uronjeno tijelo

Bilo koji objekt uronjen u tekućinu doživljava sile pritiska. U svakoj točki na površini tijela te su sile okomite na površinu tijela. Da su to iste, tijelo bi se samo stisnulo. Ali sile pritiska povećavaju se proporcionalno s dubinom, stoga donja površina tijela doživljava više kompresije od gornje. Možete razmotriti i zbrojiti sve sile koje djeluju na tijelo u vodi. Dobiveni vektor njihovog smjera bit će usmjeren prema gore, tijelo će biti izbačeno iz tekućine. Veličina tih sila određuje Arhimedov zakon. Plivanje tijela u cijelosti se temelji na ovom zakonu i na raznim njegovim posljedicama. Arhimedove sile djeluju u plinovima. Upravo zahvaljujući ovim silama koje potiskuju zračni brodovi i baloni lete na nebu: zbog pomaka zraka postaju lakši od zraka.

Fizička formula

grafički Arhimedova sila može se dokazati jednostavnim vaganjem. Vaganjem težine treninga u vakuumu, u zraku iu vodi vidimo da se njegova težina značajno razlikuje. U vakuumu, težina težine je jedna, u zraku - nešto niža, au vodi - još niža.

Ako uzmemo tjelesnu težinu u vakuumu kao P _o , tada se njezina težina u zraku može opisati sljedećom formulom: R _v = R _o - F _a;

ovdje P _° je težina u vakuumu;

F _i - moć Arhimeda.

Kao što se može vidjeti iz slike, svako djelovanje s vaganjem u vodi uvelike olakšava organizam, pa se u takvim slučajevima mora uzeti u obzir Arhimedova sila.

Za zrak je ta razlika zanemariva, tako da se obično težina tijela uronjenog u zrak opisuje standardnom formulom.

Gustoća medija i moć Arhimeda

Analizirajući najjednostavnije pokuse s tjelesnom težinom u različitim okruženjima, može se zaključiti da tjelesna težina u različitim okruženjima ovisi o masi objekta i gustoći medija za uranjanje. Štoviše, gušća okolina, veća je Arhimedova moć. Arhimedov zakon je povezao ovu ovisnost i gustoća tekućine ili plina se odražava u njezinoj konačnoj formuli. Što još utječe na tu moć? Drugim riječima, o tome koje značajke Arhimedov zakon ovisi?

formula

Arhimedova moć i sile koje na nju utječu može se odrediti pomoću jednostavnih logičkih zaključaka. Pretpostavimo da se tijelo određene količine, uronjeno u tekućinu, sastoji od iste tekućine u koju je uronjeno. Ova pretpostavka nije u suprotnosti s drugim preduvjetima. Naposljetku, sile koje djeluju na tijelo ni na koji način ne ovise o gustoći ovog tijela. U ovom slučaju, tijelo će vjerojatno biti u ravnoteži, a sila izbacivanja će biti kompenzirana gravitacijom.

Stoga će ravnoteža tijela u vodi biti opisana kako slijedi.

ali sila gravitacije, iz stanja, jednaka je težini tekućine, koju zamjenjuje: masa tekućine jednaka je proizvodu gustoće i volumena. Zamjenjujući poznate vrijednosti, možete saznati težinu tijela u tekućini. Ovaj parametar je opisan kao ρV * g.

Zamjenjujući poznate vrijednosti, dobivamo:

F = ρV * g.

Ovo je Arhimedov zakon.

Izračunata formula koju opisujemo opisuje gustoću kao gustoću tijela koje se istražuje. No, u početnim uvjetima navedeno je da je gustoća tijela identična gustoći okolne tekućine. Tako, u ovoj formuli, možete sigurno zamijeniti vrijednost gustoće tekućine. Vizualno promatranje, prema kojem je sila istiskivanja veća u gušćem mediju, dobila je teorijsku potvrdu.

Primjena Arhimedovog zakona

Prvi eksperimenti, koji pokazuju Arhimedov zakon, poznati su iz škole. Metalna ploča tone u vodu, ali, presavijena u obliku kutije, ne samo da se može zadržati na površini, nego i nositi određeno opterećenje. Ovo pravilo je najvažniji zaključak iz Arhimedova pravila, on određuje mogućnost izgradnje riječnih i morskih plovila s obzirom na njihov maksimalni kapacitet (raseljavanje). Uostalom, gustoća mora i svježe vode I plovila i podmornice moraju biti različiti zbog razlika u ovom parametru pri ulasku u ušća rijeka. Pogrešan izračun može dovesti do katastrofe - brod će se nasukati, a njegovo podizanje zahtijevat će znatne napore.

Arhimedov zakon je potreban i podmorničar. Činjenica je da gustoća morske vode mijenja svoju vrijednost ovisno o dubini ronjenja. Pravilno izračunavanje gustoće omogućit će podmorničarima da pravilno izračunaju tlak zraka u svemirskom odijelu, što će utjecati na upravljivost ronioca i osigurati njegovo sigurno ronjenje i uspon. Arhimedov zakon također bi se trebao uzeti u obzir tijekom dubokog bušenja, velike bušilice gube do 50% svoje težine, što njihov transport i rad manje koštaju.