Если сила тяжести равна силе Архимеда Fтяж = FА, то тело может плавать внутри жидкости на любой глубине.

Если сила тяжести равна силе Архимеда Fтяж = FА, то тело может плавать внутри жидкости на любой глубине.

А если сила тяжести будет меньше силы Архимеда Fтяж < FА, то тело будет всплывать.

Рассмотрим последний случай более подробно. Когда тело, погруженное в жидкость, начинает всплывать, сила Архимеда, действующая на него, начинает уменьшаться. И в тот момент, когда сила Архимеда станет равна силе тяжести, тело остановиться и будет плавать на поверхности жидкости, частично погрузившись в нее. А архимедова сила будет равна весу жидкости в объеме погруженной в нее части тела.

Проверим это на опыте. Возьмем отливной сосуд, заполненный водой, и тело, которое может плавать на поверхности воды. Взвесим это тело в воздухе.

После этого, погрузим наше тело в отливной сосуд — оно вытеснит объем воды, который равен объему погруженной в нее части тела.

Теперь взвесим эту воду.

Из рисунка видно, что вес воды, а, следовательно, и сила Архимеда, равна силе тяжести, которая действует на плавающее тело.

F_A = P_т

Так же можно показать, что чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая его часть погружена в жидкость.

А как в сосуде будут располагаться несмешивающиеся жидкости?

Несмешивающиеся жидкости также будут располагаться в сосуде в соответствии со своими плотностями. Например, если в сосуд налить мед, воду, растительное масло и спирт, то более плотный мед расположится в нижней части сосуда, затем вода и растительное масло, а сверху — наиболее легкий спирт.

А как плавают живые организмы в воде? Все очень просто. Их средняя плотность почти не отличается от плотности воды, поэтому их вес практически полностью уравновешивается силой Архимеда. В связи с этим, водные животные не имеют прочных и массивных скелетов, как наземные животные. Многие рыбы обладают плавательным пузырем. Он устроен так, что рыба может легко менять его объем. Так, например, когда рыба опускается на глубину, давление воды на нее увеличивается, увеличивается и выталкивающая сила. Рыба сжимает пузырь, ее объем уменьшается и она не выталкивается вверх, а плавает на нужной ей глубине. Когда же рыба хочет всплыть, она увеличивает объем плавательного пузыря, вследствие чего объем всего тела рыбы увеличивается, и она может плавать уже на меньшей глубине.

Морские млекопитающие, например, киты, регулируют глубину своего погружения за счет увеличения или уменьшения объема легких.

Как могут плавать в воде огромные металлические суда и при этом еще перевозить огромное количество грузов? Ведь у них нет ни легких, как у млекопитающих, ни плавательного пузыря? Их плавание также основано на законе Архимеда. Корабли, яхты, подводные лодки и другие плавающие средства конструируются так, чтобы их средняя плотность была меньше плотности воды и могла изменяться.

Что такое средняя плотность? Например, плотность куска глины определяется отношением массы куска глины к ее объему.

r_гл = m_гл / V_гл

Если из этого куска глины вылепить домик, с воздушной полостью внутри, то его масса будет равна массе куска глины, а вот плотность нет — она будет равна отношению массы глины к объему домика.

r_дом = m_гл / V_дом

Очевидно, что объем домика будет больше, чем изначальный объем куска глины, а, следовательно, средняя плотность домика будет меньше.

Чем больше будет объем полости, тем меньше будет средняя плотность. Поэтому суда имеют много воздушных водонепроницаемых резервуаров и их средняя плотность меньше плотности воды.

В целях безопасности плавания судно может погружаться только до определенной глубины, которую называют предельной осадкой судна и отмечают на его борту красной линией — ватерлинией.

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒