Архимедова сила

Архимед сформулировал новый закон следующим образом: «На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх. Величина этой силы равна весу вытесненной жидкости».

Как был открыт Закон Архимеда

Согласно легенде, Архимеду удалось выполнить поручение царя Гиерона. Дело в том, что царь засомневался, сделана ли его корона из чистого золота или из сплава с другими металлами. Архимед должен был проверить честность ювелира. Задача усложнялась еще и тем, что корону ни в коем случае нельзя было ломать. Архимед долго не находил ответа. Но однажды, принимая ванну, он заметил, что из ванны вытекает вода. И тут его осенило! Ведь можно точно так же погрузить корону в воду и измерить объем воды, вытесненной короной. Ученый выскочил из ванны с криком «Эврика!», что в переводе с древнегреческого означает «Нашел!».

Сначала Архимед взвесил слиток чистого золота и корону в воздухе, затем он провел такое же взвешивание в воде. Ученый поочередно погрузил корону и слиток в воду, а затем измерил количество жидкости, вытесненное обоими телами. Оно оказалось разным. Это было явным свидетельством того, что корона кроме золота содержит другие металлы. Таким образом Архимеду удалось уличить мастера в воровстве.

Почему корабль плавает?

А почему же корабль не тонет? Ведь он такой тяжелый!

Да, корабль действительно очень тяжелый. Но он не идет на дно только лишь потому, что внутри судна находится большое количество различных отсеков, заполненных воздухом.

Если учесть воздух, находящийся в трюмах, то сила Архимеда равна весу воды, вытесненной погруженной в воду частью судна, и направлена вертикально вверх. Более того, сила Архимеда равна силе тяжести, действующей на судно вертикально вниз. Именно поэтому корабль плавает.

Сила тяжести и Архимедова сила

Когда речь идет о плавании тел, то необходимо учитывать тот факт, насколько отличаются по величине сила тяжести и архимедова сила.

Чтобы это понять, давай рассмотрим, как ведут себя три бутылки одного объема (см. рисунок). Первая бутылка пустая, вторая наполовину заполненная, а в третьей наполнителя в два раза больше, чем во второй. Все бутылки плотно закупорены. После того, как три бутылки опустили в емкость с водой, можно было наблюдать следующую картину:

• первая бутылка плавала на поверхности воды;
• вторая была частично погружена в воду;
• третья бутылка оказалась на дне.

Почему так произошло?

На каждую бутылку действуют сила тяжести (стрелки серого цвета) и выталкивающая сила (стрелки синего цвета). Все бутылки одинакового объема, и если бы они все были пустыми, то плавали бы на поверхности. Но наполовину наполненная бутылка оказалась частично погруженной в воду, а максимально наполненная упала на дно.

Вывод: как будет вести себя бутылка, зависит от силы тяжести и архимедовой силы.

1. Если сила тяжести меньше (<) силы Архимеда, то тело будет находиться на поверхности воды.
2. Если сила тяжести примерно равна (=) архимедовой силе, то тело будет частично погружено в жидкость.
3. Если сила тяжести больше (>) силы Архимеда, то тело будет тонуть.

В каком случае корабль может затонуть?

Трюм корабля состоит из многочисленных водонепроницаемых отсеков. И если в один из отсеков все-таки попадает вода, то корабль опускается ниже обычного уровня, но по-прежнему остается на плаву. В случае повреждения нескольких отсеков они наполняются водой, и корабль идет на дно.

Почему подводная лодка может и плавать, и опускаться на дно?

Конструкция подводной лодки действительно позволяет ей либо находиться на плаву, либо перемещаться под водой и погружаться на дно.

Каким образом лодка может опуститься на дно? Дело в том, что подводная лодка оборудована специальными балластными отсеками. Для того чтобы лодка опустилась, эти отсеки наполняются водой, тем самым увеличивая массу лодки и обеспечивая ее погружение.

Для всплытия лодки вода из балластных отсеков вытесняется сжатым воздухом.

Первая подводная лодка была создана в 1620 г. для короля Англии Якова I голландским инженером Корнелиусом Дреббелем. А сама идея применения подводного судна была впервые высказана Леонардо да Винчи, великим итальянским художником и изобретателем.

Воздухоплавание

Архимедова сила действует на любое тело не только в воде, но и в воздухе. И именно этот принцип был положен в основу создания воздушного транспорта, в частности, воздушных шаров. То есть для зависания тела в воздухе выталкивающая сила, действующая на тело, должна быть больше силы тяжести.

Если дома самому надуть обычный шарик, завязать его и отпустить, то он упадет на пол. А шарики, наполненные газами которые легче воздуха, немедленно улетают ввысь’ как только их отпускают. Чтобы воздушный шар поднялся в небо, он должен быть наполнен водородом, гелием или горячим воздухом.

Воздушный шар как транспортное средство

Воздушный шар — это довольно простой летательный аппарат, который используется для перемещения из одного места в другое. Знание и применение законов физики позволяет путешествовать в корзине, прикрепленной к шару, и наслаждаться прекрасными пейзажами. Согласись, подобные впечатления действительно можно получить только из корзины воздушного шара, ведь самолеты летают гораздо быстрее и выше. Да и вид, открывающийся из иллюминатора воздушного лайнера, несколько иной: пейзажами можно любоваться только на взлете и при посадке.

Купол воздушного шара наполняется воздухом, нагреваемым при помощи горелки. А так как горячий воздух легче холодного, то шар, наполненный таким воздухом, взлетает

Конструкция воздушного шара

Воздушный шар состоит из купола, горелки и корзины.

Купол шара выполнен из очень прочных материалов, внутренняя сторона которых обработана силиконом. Более того, отверстие купола дополнительно защищено специальным материалом, устойчивым к воздействию повышенных температур.

Горелка — самая сложная часть шара. При помощи горелки не только нагревается воздух, но и поддерживается его температура во время полета. Для воздухоплавания на воздушных шарах используют плетеные из лозы корзины. Такие корзины очень легкие и, что важно, прочные. Крепление корзины к куполу осуществляется специальными тросами из нержавеющей стали.

Недостатки воздушных шаров

Наиболее серьезным недостатком воздушных шаров является отсутствие управления. Шар всегда летит по направлению ветра.

Летать на воздушных шарах можно в любое время уода. Но для этого необходимы следующие условия: — отсутствие осадков, грозы и низких облаков; — скорость ветра не более 5 м/с.

Единственное, что может сделать пилот в случае набора большой высоты, — выпустить часть сжатого воздуха при помощи специального клапана. После выполнения этих действий воздушный шар начинает снижаться. А так как на разной высоте ветер дует в разных направлениях, то пилоту нужно постоянно следить за направлением ветра и, в случае необходимости, опускать или поднимать шар.

Еще одним недостатком воздушного шара является невозможность перевозить тяжелые грузы.