Физика · 7 класс. Изучите схему, разберите примеры и проверьте себя.
Результат действия давления
Покоящаяся жидкость действует на поверхность погружённого тела. В однородной жидкости давление увеличивается с глубиной. У полностью окружённого жидкостью бруска нижняя горизонтальная грань испытывает большее давление, чем верхняя. Результирующее действие давлений имеет направленную вверх составляющую — силу Архимеда.
Формулировка закона
На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной жидкости или газа. В обычной гидростатической модели FА = ρсреды g Vвытесн. Здесь берут плотность среды, а не автоматически плотность материала тела. Силу измеряют в ньютонах; массу вытесненного вещества ρV измеряли бы в килограммах.
Какой объём выбирать
При полном погружении и обычном окружении жидкостью вытесненный объём равен внешнему объёму тела. При частичном погружении используют только объём погружённой части. Возвышающаяся над водой часть не вытесняет воду. Для открытых полостей, которые заполняются жидкостью, объём нужно определять по реальной конфигурации, а не слепо брать весь внешний габарит.
От чего зависит сила
При одном g сила Архимеда пропорциональна плотности среды и погружённому объёму. У двух полностью погружённых тел одинакового внешнего объёма в одной жидкости силы равны, даже если массы и материалы различаются. Это не значит, что тела будут одинаково двигаться: их силы тяжести могут отличаться.
Глубина и условия
Для жёсткого тела неизменного объёма, полностью погружённого в однородную жидкость, FА не растёт только из-за большей глубины. Возрастает давление на разных участках, но его результирующая разность определяется прежним объёмом. Если среда неоднородна или мягкое тело сжимается, такое утверждение требует уточнения. При касании дна или отсутствии жидкости под плотно прижатым телом нужно проверить распределение давлений и дополнительные силы.
Сила в газе
Воздух тоже создаёт выталкивающее действие. Для небольшого плотного образца им иногда пренебрегают, явно вводя приближение. У воздушных шаров вклад может быть существенным. Фраза «в воздухе силы Архимеда нет» неверна: можно лишь обоснованно не учитывать её в выбранном расчёте.
Проверьте себя
Какую плотность берут в законе Архимеда?
Плотность вытесненной жидкости или газа.
При частичном погружении нужен весь объём?
Нет, объём погружённой части.
Полностью погружённые тела равного объёма, но разной массы в одной жидкости имеют равные FА?
Да, при тех же ρ и g и обычных условиях окружения жидкостью.
У жёсткого полностью погружённого тела в однородной жидкости FА обязательно растёт при опускании глубже?
Нет, если объём и остальные условия сохраняются.