قیام های مردمی جدول قرن هفدهم. علل "شورش" قرن هفدهم. قیام در صومعه سولووتسکی

قانون ارشمیدس قانون استاتیک مایعات و گازها است که بر اساس آن نیروی شناوری بر جسم غوطه ور در مایع (یا گاز) وارد می شود. برابر وزنمایعات در حجم بدن

زمینه

"اورکا!" ("پیدا شد!") - این تعجب طبق افسانه ای است که توسط دانشمند و فیلسوف یونان باستان ارشمیدس ساخته شده است که اصل سرکوب را کشف کرد. افسانه ها حاکی از آن است که پادشاه سیراکوزان، هرون دوم، از متفکر خواست تا تعیین کند که آیا تاج او از طلای خالص ساخته شده است، بدون اینکه به خود تاج سلطنتی آسیبی وارد شود. وزن کردن تاج ارشمیدس کار دشواری نبود ، اما این کافی نبود - برای محاسبه چگالی فلزی که از آن ریخته شده است و تعیین اینکه آیا طلای خالص است ، باید حجم تاج را تعیین کرد. سپس، طبق افسانه، ارشمیدس، که درگیر افکاری در مورد چگونگی تعیین حجم تاج بود، در حمام فرو رفت - و ناگهان متوجه شد که سطح آب در حمام بالا رفته است. و سپس دانشمند متوجه شد که حجم بدن او حجم مساوی آب را جابجا می کند، بنابراین، تاج، اگر در یک حوض پر از لبه پایین بیاید، حجم آب را به اندازه حجم آن جابجا می کند. راه حلی برای مشکل پیدا شد و طبق رایج ترین نسخه افسانه، دانشمند بدون اینکه حتی به خود زحمت لباس پوشیدن را بدهد، دوید تا پیروزی خود را به کاخ سلطنتی گزارش کند.

با این حال، آنچه درست است درست است: این ارشمیدس بود که اصل شناوری را کشف کرد. اگر جسم جامد در مایعی غوطه ور شود، حجمی از مایع را به اندازه حجم بخشی از بدن که در مایع غوطه ور شده است، جابه جا می کند. فشاری که قبلاً روی مایع جابجا شده وارد می شد اکنون روی جسم جامدی که آن را جابجا کرده است تأثیر می گذارد. و اگر نیروی شناوری که به صورت عمودی به سمت بالا عمل می کند بیشتر از نیروی گرانش باشد که بدن را به صورت عمودی به سمت پایین می کشد، بدن شناور می شود. V در غیر این صورتغرق می شود (غرق می شود). صحبت كردن زبان مدرناگر جسمی شناور باشد چگالی متوسط چگالی کمترمایعی که در آن غوطه ور است.

قانون ارشمیدس و نظریه جنبشی مولکولی

در سیال در حال سکون، فشار در اثر برخورد مولکول های متحرک ایجاد می شود. وقتی حجم معینی از مایع جابجا شود بدن جامدتکانه برخورد مولکول‌ها به سمت بالا نه بر روی مولکول‌های مایع جابجا شده توسط بدن، بلکه بر روی خود بدن می‌افتد، که توضیح می‌دهد فشاری که از پایین به آن وارد می‌شود و آن را به سمت سطح مایع هل می‌دهد. اگر بدن به طور کامل در مایع غوطه ور شود، نیروی شناور به آن ادامه می دهد، زیرا فشار با افزایش عمق افزایش می یابد. قسمت پایینبدنه تحت فشار بیشتری نسبت به بدنه بالایی قرار می گیرد که در آن نیروی شناور ایجاد می شود. این توضیح نیروی شناوری در سطح مولکولی است.

این الگوی هل دادن توضیح می دهد که چرا یک کشتی ساخته شده از فولاد، که بسیار چگالتر از آب است، شناور می ماند. واقعیت این است که حجم آب جابجا شده توسط یک کشتی برابر با حجم فولاد غوطه ور در آب به اضافه حجم هوای موجود در داخل بدنه کشتی در زیر خط آب است. اگر چگالی پوسته بدنه و هوای داخل آن را میانگین بگیریم، معلوم می شود که چگالی کشتی (به عنوان بدن فیزیکی) از چگالی آب کمتر است، بنابراین نیروی شناوری وارد بر آن در اثر تکانه های رو به بالا برخورد مولکول های آب بیشتر است. نیروی گرانشگرانش زمین کشتی را به پایین می کشد - و کشتی شناور می شود.

فرمول بندی و توضیحات

این واقعیت که نیروی خاصی بر جسم غوطه ور در آب وارد می شود برای همه شناخته شده است: به نظر می رسد اجسام سنگین سبک تر می شوند - به عنوان مثال، بدن ما بدن خودهنگام غوطه ور شدن در حمام هنگامی که در رودخانه یا دریا شنا می کنید، می توانید به راحتی سنگ های بسیار سنگین را در امتداد پایین بلند کرده و حرکت دهید - سنگ هایی که در خشکی قابل بلند نیستند. در عین حال، بدن های سبک وزن در برابر غوطه ور شدن در آب مقاومت می کنند: فرو بردن توپی به اندازه یک هندوانه کوچک هم به قدرت و هم مهارت نیاز دارد. به احتمال زیاد نمی توان توپی با قطر نیم متر را غوطه ور کرد. به طور شهودی روشن است که پاسخ به این سوال - چرا جسمی شناور می شود (و دیگری غرق می شود) ارتباط نزدیکی با تأثیر مایع بر بدن غوطه ور در آن دارد. نمی توان به این پاسخ قانع شد که اجسام سبک شناور می شوند و اجسام سنگین غرق می شوند: یک صفحه فولادی، البته در آب فرو می رود، اما اگر جعبه ای از آن بسازید، می تواند شناور شود. با این حال وزن او تغییر نکرد.

وجود فشار هیدرواستاتیک منجر به نیروی شناوری می شود که بر هر جسمی در مایع یا گاز وارد می شود. ارشمیدس اولین کسی بود که مقدار این نیرو را در مایعات به صورت تجربی تعیین کرد. قانون ارشمیدس به شرح زیر است: جسمی که در مایع یا گاز غوطه ور شده است، تحت نیروی شناوری برابر با وزن مقدار مایع یا گازی است که توسط قسمت غوطه ور شده بدن جابجا می شود.

فرمول

نیروی ارشمیدس وارد بر جسم غوطه ور در مایع را می توان با فرمول محاسبه کرد: اف A = ρ f gVجمعه،

جایی که ρl چگالی مایع است،

g - شتاب سقوط آزاد,

Vpt حجم بخشی از بدن است که در مایع غوطه ور شده است.

رفتار جسمی که در یک مایع یا گاز قرار دارد به رابطه بین مدول های گرانش Ft و نیروی ارشمیدسی FA هایی که روی این بدن عمل می کنند. سه مورد زیر ممکن است:

1) Ft > FA - بدن غرق می شود.

2) Ft = FA - بدن در یک مایع یا گاز شناور است.

3) فوت< FA – тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

مایع (گاز)، شتاب سقوط آزاد است و حجم جسم غوطه‌ور (یا بخشی از حجم بدن واقع در زیر سطح) است. اگر جسمی روی سطحی شناور باشد یا به طور یکنواخت به سمت بالا یا پایین حرکت کند، نیروی شناوری (همچنین به نام نیروی ارشمیدسی) از نظر قدر (و مخالف جهت) با نیروی گرانش وارد بر حجم مایع (گاز) جابجا شده توسط جسم است و به مرکز ثقل این حجم اعمال می شود.

اگر نیروی ارشمیدس نیروی گرانش جسم را متعادل کند، جسمی شناور می شود.

لازم به ذکر است که بدن باید کاملاً توسط مایع احاطه شود (یا با سطح مایع قطع شود). بنابراین، برای مثال، قانون ارشمیدس را نمی توان در مورد مکعبی که در ته یک مخزن قرار دارد و به طور هرمتیک کف آن را لمس می کند، اعمال کرد.

در مورد جسمی که در گاز است، مثلاً در هوا، برای یافتن نیروی بالابر باید چگالی مایع را با چگالی گاز جایگزین کرد. به عنوان مثال، یک بالون هلیوم به دلیل اینکه چگالی هلیوم کمتر از چگالی هوا است، به سمت بالا پرواز می کند.

قانون ارشمیدس را می توان با استفاده از تفاوت فشار هیدرواستاتیک با استفاده از مثال یک جسم مستطیلی توضیح داد.

جایی که P A، P B- فشار در نقاط آو ب، ρ - چگالی سیال، ساعت- اختلاف سطح بین نقاط آو ب, اس- سطح مقطع افقی بدن، V- حجم قسمت غوطه ور شده بدن.

که در فیزیک نظریقانون ارشمیدس نیز به شکل انتگرال استفاده می شود:

مساحت سطح کجاست، فشار داخل آن است نقطه دلخواهادغام در تمام سطح بدن انجام می شود.

در غیاب میدان گرانشییعنی در حالت بی وزنی قانون ارشمیدس کار نمی کند. فضانوردان کاملاً با این پدیده آشنا هستند. به طور خاص، در گرانش صفر هیچ پدیده ای از همرفت (طبیعی) وجود ندارد، به عنوان مثال، خنک کننده هوا و تهویه محفظه های زندگی فضاپیمابه زور توسط طرفداران تولید شده است.

تعمیم ها

مشابه خاصی از قانون ارشمیدس نیز در هر میدانی از نیروهایی که بر جسم و مایع (گاز) متفاوت عمل می‌کنند یا در میدان غیریکنواخت معتبر است. به عنوان مثال، این به میدان نیروهای اینرسی (به عنوان مثال، نیروی گریز از مرکز) اشاره دارد - سانتریفیوژ بر این اساس است. مثالی برای میدانی با ماهیت غیرمکانیکی: جسم رسانا از ناحیه میدان مغناطیسی با شدت بالاتر به ناحیه ای با شدت کمتر جابه جا می شود.

اشتقاق قانون ارشمیدس برای جسمی با شکل دلخواه

فشار هیدرواستاتیک سیال در عمق وجود دارد. در همان زمان، فشار سیال و قدرت میدان گرانشی را محاسبه می کنیم مقادیر ثابت، و - پارامتر. بیایید بدن را برداریم فرم رایگان، که دارای حجم غیر صفر است. بیایید یک سیستم مختصات متعامد راست دست را معرفی کنیم و جهت محور z را متناسب با جهت بردار انتخاب کنیم. در امتداد محور z روی سطح مایع صفر می کنیم. اجازه دهید یک ناحیه ابتدایی را روی سطح بدن انتخاب کنیم. نیروی فشار سیال وارد شده به بدن بر آن اثر می گذارد. برای بدست آوردن نیرویی که بر بدن وارد می شود، انتگرال را روی سطح بگیرید:

هنگام حرکت از انتگرال سطحی به انتگرال حجمی، از قضیه تعمیم یافته استروگرادسکی-گاوس استفاده می کنیم.

متوجه می شویم که مدول نیروی ارشمیدس برابر است و در جهت هدایت می شود جهت مخالفبردار قدرت میدان گرانشی

وضعیت اجسام شناور

رفتار جسمی که در یک مایع یا گاز قرار دارد به رابطه بین مدول های گرانش و نیروی ارشمیدس بستگی دارد که بر روی این جسم عمل می کند. سه مورد زیر ممکن است:

فرمول دیگر (که در آن چگالی بدن است، چگالی محیطی است که در آن غوطه ور شده است):

همچنین ببینید

یادداشت

پیوندها

• // فرهنگ لغت دایره المعارف بروکهاوس و افرون: در 86 جلد (82 جلد و 4 جلد اضافی). - سنت پترزبورگ. ، 1890-1907.

بنیاد ویکی مدیا 2010.

ببینید "قانون ارشمیدس" در سایر لغت نامه ها چیست:

قانون ارشمیدس، ارشمیدس به این نتیجه رسید که جسم غوطه ور در مایع با نیرویی برابر با وزن مایع جابجا شده به بیرون رانده می شود. گفته می شود که او این قانون را با غوطه ور شدن در وان حمام و تماشای جریان آب تنظیم کرده است. مطابق با… … فرهنگ دانشنامه علمی و فنی

قانون ارشمیدس- قانون آب و هوا، که بر اساس آن، هر جسمی که در مایع یا گاز غوطه ور شده باشد، توسط نیروی شناوری (نیروی ارشمیدسی)، برابر با وزن مایع (گاز) جابجا شده توسط بدن، به طور عمودی به سمت بالا و هدایت می شود. اعمال شده به مرکز...... دایره المعارف بزرگ پلی تکنیک

قانون ارشمیدس- Archimedo dėsnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Skysčių ir dujų statikos dėsnis: kūną, panardintą į skystį ar dujas, veikia išstumiamoji ištumiamoji j من jos veikimo taškas –…… Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

قانون ارشمیدس- Archimedo dėsnis statusas T sritis fizika atitikmenys: انگلیسی. قانون ارشمیدس؛ vok اصل ارشمیدس. Archimedisches Gesetz, n; Archimedisches Prinzip، n rus. اصل ارشمیدس، m; قانون ارشمیدس، m pranc. principe d'Archimède, m; théorème… … Fizikos Terminų žodynas

قانون ارشمیدس: هر جسمی که در یک مایع غوطه ور شود، توسط نیروی شناوری که به سمت بالا هدایت می شود و برابر با وزن مایع جابجا شده توسط آن، وارد می شود. قانون ارشمیدس برای گازها نیز صادق است... فرهنگ لغت دایره المعارفی

قانون ارشمیدس- قانون ارشمیدس Archimed’s law *Archimedisches Prinzip – بر روی جسمی که در وسط محصور شده است، نیرویی به صورت عمودی به سمت بالا هدایت می شود که برابر با نیروی سنگینی جسم است که برابر با حجم جسم تحت فشار است. اگر نیروی گرانش جسم G بیشتر باشد... ... فرهنگ لغت دایره المعارف گیرنیچی

این اصطلاح معانی دیگری دارد، به قانون (معانی) مراجعه کنید. قانون فیزیکیبه طور تجربی ایجاد شده و به صورت کلامی و/یا بیان شده است فرمول بندی ریاضییک ارتباط پایدار بین پدیده های تکرار شونده، فرآیندها و... ... ویکی پدیا

قانون ارشمیدس- قانون ارشمیدس: F نیروی شناور. P نیروی گرانشی است که بر جسم وارد می شود. قانون ارشمیدس: هر جسمی که در یک مایع غوطه ور شود، توسط نیروی شناوری که به سمت بالا هدایت می شود، برابر با وزن مایعی که توسط آن جابجا شده و به مرکز اعمال می شود، وارد می شود... ... فرهنگ لغت دایره المعارف مصور

قانون استاتیک مایعات و گازها که بر اساس آن هر جسمی که در مایع (یا گاز) غوطه ور شود توسط این مایع (گاز) با نیروی نگهدارنده برابر وزن مایع (گاز) جابجا شده توسط بدن بر روی آن اثر می گذارد. به سمت بالا هدایت شده و...... دایره المعارف بزرگ شوروی

قانون استاتیک مایعات و گازها، طبق رام، بر روی هر جسمی که در مایع (یا گاز) غوطه ور شود، نیروی شناوری از سمت این مایع (گاز) به اندازه وزن مایع (گاز) وارد می شود. ) توسط بدن جابجا می شود، به صورت عمودی به سمت بالا هدایت می شود و... ... دایره المعارف فیزیکی

غالبا اکتشافات علمینتیجه یک شانس ساده هستند اما فقط افرادی با ذهن آموزش دیده می توانند اهمیت یک تصادف ساده را درک کنند و از آن نتیجه گیری های گسترده بگیرند. این به لطف زنجیره است رویدادهای تصادفیقانون ارشمیدس در فیزیک ظاهر شد و رفتار اجسام در آب را توضیح داد.

سنت

در سیراکوز افسانه هایی درباره ارشمیدس ساخته شد. روزی حاکم این شهر شکوهمند در صداقت جواهرساز خود تردید کرد. تاجی که برای حاکم ساخته شده بود باید حاوی مقدار مشخصی طلا باشد. ارشمیدس مأمور شد تا این حقیقت را بررسی کند.

ارشمیدس ثابت کرد که اجسام موجود در هوا و آب دارای وزن های متفاوتی هستند و تفاوت مستقیماً با چگالی جسم اندازه گیری شده متناسب است. ارشمیدس با اندازه‌گیری وزن تاج در هوا و آب و انجام آزمایشی مشابه با یک تکه طلا ثابت کرد که ترکیبی از فلز سبک‌تر در تاج ساخته شده وجود دارد.

طبق افسانه، ارشمیدس این کشف را در وان حمام انجام داد و آب را تماشا کرد که به بیرون پاشیده شد. تاریخ در مورد آنچه در کنار جواهرساز نادرست اتفاق افتاد ساکت است، اما نتیجه گیری دانشمند سیراکیوز اساس یکی از آنها را تشکیل داد. مهمترین قوانینفیزیک که برای ما به قانون ارشمیدس معروف است.

فرمولاسیون

ارشمیدس نتایج آزمایش های خود را در کار خود "در مورد اجسام شناور" ارائه کرد که متأسفانه تا به امروز فقط به صورت قطعات باقی مانده است. فیزیک مدرنقانون ارشمیدس چگونگی اعمال نیروی خالص بر جسم غوطه ور در مایع را توضیح می دهد. نیروی شناور جسم در مایع به سمت بالا هدایت می شود. او قدر مطلقبرابر با وزن سیال جابجا شده است.

عمل مایعات و گازها بر روی جسم غوطه ور

هر جسمی که در یک مایع غوطه ور شود، نیروهای فشار را تجربه می کند. در هر نقطه از سطح بدن، این نیروها عمود بر سطح بدن هدایت می شوند. اگر آنها یکسان بودند، بدن فقط فشرده سازی را تجربه می کرد. اما نیروهای فشار متناسب با عمق افزایش می یابد، بنابراین سطح پایینتجربیات بدن فشرده سازی بیشترنسبت به بالاترین می توانید تمام نیروهایی را که بر جسمی در آب وارد می کنند در نظر بگیرید و جمع کنید. بردار نهایی جهت آنها به سمت بالا هدایت می شود و بدن از مایع بیرون رانده می شود. مقدار این نیروها توسط قانون ارشمیدس تعیین می شود. شناور بودن اجسام کاملاً مبتنی بر این قانون و پیامدهای مختلف ناشی از آن است. نیروهای ارشمیدسی نیز در گازها عمل می کنند. به لطف همین نیروهای شناور است که کشتی های هوایی در آسمان پرواز می کنند و بالن: جابجایی هوا آنها را سبکتر از هوا می کند.

فرمول فیزیکی

قدرت ارشمیدس را می توان با وزن کردن ساده به وضوح نشان داد. با وزن کردن یک وزنه تمرینی در خلاء، در هوا و در آب، می بینید که وزن آن به طور قابل توجهی تغییر می کند. در خلاء وزن وزن یکسان است، در هوا کمی کمتر و در آب حتی کمتر است.

اگر وزن یک جسم در خلاء را P o بگیریم، وزن آن در هوا را می توان با فرمول زیر توصیف کرد: P in = P o - F a;

در اینجا P o - وزن در خلاء؛

همانطور که از شکل مشخص است، هر گونه اعمالی که شامل وزن کردن در آب باشد، بدن را به طور قابل توجهی سبک می کند، بنابراین در چنین مواردی باید نیروی ارشمیدس را در نظر گرفت.

برای هوا این تفاوت ناچیز است، بنابراین معمولاً وزن یک بدن در آن غوطه ور است محیط هوا، با فرمول استاندارد توصیف می شود.

چگالی محیط و نیروی ارشمیدس

تجزیه و تحلیل ساده ترین آزمایشات با وزن بدن در محیط های مختلف، می توان به این نتیجه رسید که وزن یک جسم در محیط های مختلف به جرم جسم و چگالی محیط غوطه ور بستگی دارد. علاوه بر این، هر چه محیط متراکم تر باشد، نیروی ارشمیدس بیشتر است. قانون ارشمیدس این رابطه را به هم مرتبط کرد و چگالی یک مایع یا گاز در فرمول نهایی آن منعکس شده است. چه چیز دیگری تأثیر می گذارد قدرت داده شده? به عبارت دیگر، قانون ارشمیدس به چه ویژگی هایی بستگی دارد؟

فرمول

نیروی ارشمیدسی و نیروهای مؤثر بر آن را می توان با استفاده از استنتاجات منطقی ساده تعیین کرد. فرض کنید جسمی با حجم معینی که در یک مایع غوطه ور است از همان مایعی تشکیل شده است که در آن غوطه ور شده است. این فرض با هیچ فرض دیگری مغایرت ندارد. از این گذشته، نیروهای وارد بر جسم به هیچ وجه به چگالی این جسم بستگی ندارند. در این حالت، بدن به احتمال زیاد در حالت تعادل خواهد بود و نیروی شناوری توسط گرانش جبران می شود.

بنابراین، تعادل یک جسم در آب به شرح زیر توصیف می شود.

اما نیروی گرانش، از شرط، برابر است با وزن مایعی که جابجا می کند: جرم مایع برابر است با حاصل ضرب چگالی و حجم. جایگزین کردن مقادیر شناخته شده، می توانید وزن بدن را به صورت مایع دریابید. این پارامتر به صورت ρV * g توصیف می شود.

جایگزین کردن ارزش های شناخته شده، ما گرفتیم:

این قانون ارشمیدس است.

فرمولی که ما به دست آوردیم، چگالی را به عنوان چگالی جسم مورد مطالعه توصیف می کند. ولی در شرایط اولیهنشان داده شد که چگالی یک جسم با چگالی مایع اطراف یکسان است. بنابراین، در این فرمولمی توانید با خیال راحت مقدار چگالی مایع را جایگزین کنید. مشاهدات بصری که در یک محیط متراکم تر، نیروی شناوری بیشتر است، توجیه نظری دریافت کرده است.

کاربرد قانون ارشمیدس

اولین آزمایش هایی که قانون ارشمیدس را نشان می دهد از دوران مدرسه شناخته شده است. یک صفحه فلزی در آب غرق می شود، اما، در یک جعبه تا شده، نه تنها می تواند شناور بماند، بلکه بار خاصی را نیز حمل می کند. این قانون این است - مهم ترین نتیجه گیریاز حکومت ارشمیدس امکان ساخت رودخانه را مشخص می کند و کشتی های دریاییبا در نظر گرفتن حداکثر ظرفیت (جابجایی) آنها. از این گذشته ، چگالی دریا و آب شیرین متفاوت است ، هم کشتی ها و هم زیردریایی هاهنگام ورود به دهانه رودخانه باید تغییرات این پارامتر را در نظر گرفت. محاسبه نادرست می تواند منجر به فاجعه شود - کشتی به گل می نشیند و تلاش های قابل توجهی برای بالا بردن آن لازم است.

قانون ارشمیدس برای زیردریایی ها نیز ضروری است. نکته این است که تراکم آب دریامقدار آن بسته به عمق غوطه وری تغییر می کند. محاسبه صحیح تراکم به زیردریایی‌ها این امکان را می‌دهد که فشار هوای داخل لباس را به درستی محاسبه کنند، که بر قدرت مانور غواص تأثیر می‌گذارد و غواصی و صعود ایمن او را تضمین می‌کند. قانون ارشمیدس نیز باید در نظر گرفته شود که سکوهای حفاری در اعماق دریا تا 50 درصد وزن خود را از دست می دهند که هزینه حمل و نقل و عملکرد آنها را کاهش می دهد.

قانون ارشمیدس- قانون استاتیک مایعات و گازها که بر اساس آن جسم غوطه ور در یک مایع (یا گاز) با نیروی شناوری برابر با وزن مایع در حجم جسم وارد می شود.

این واقعیت که نیروی خاصی بر جسم غوطه ور در آب وارد می شود برای همه شناخته شده است: به نظر می رسد اجسام سنگین سبک تر می شوند - به عنوان مثال، بدن خودمان وقتی در حمام غوطه ور می شویم. هنگام شنا در رودخانه یا دریا، می توانید به راحتی سنگ های بسیار سنگین را در امتداد پایین بلند کرده و حرکت دهید - سنگ هایی که ما نمی توانیم آنها را در خشکی بلند کنیم. همین پدیده زمانی مشاهده می شود که به دلایلی یک نهنگ در ساحل شسته شود - بیرون محیط آبیحیوان نمی تواند حرکت کند - وزن آن بیش از توانایی های سیستم عضلانی آن است. در عین حال، بدن های سبک وزن در برابر غوطه ور شدن در آب مقاومت می کنند: فرو بردن توپی به اندازه یک هندوانه کوچک هم به قدرت و هم مهارت نیاز دارد. به احتمال زیاد نمی توان توپی با قطر نیم متر را غوطه ور کرد. به طور شهودی روشن است که پاسخ به این سوال - چرا جسمی شناور می شود (و دیگری غرق می شود) ارتباط نزدیکی با تأثیر مایع بر بدن غوطه ور در آن دارد. نمی توان به این پاسخ قانع شد که اجسام سبک شناور می شوند و اجسام سنگین غرق می شوند: یک صفحه فولادی، البته در آب فرو می رود، اما اگر جعبه ای از آن بسازید، می تواند شناور شود. با این حال وزن او تغییر نکرد. برای درک ماهیت نیروی وارد بر جسم غوطه ور از سمت مایع، کافی است یک مثال ساده را در نظر بگیرید (شکل 1).

مکعب با لبه آدر آب غوطه ور می شود و هم آب و هم مکعب بی حرکت هستند. مشخص است که فشار در یک مایع سنگین به نسبت عمق افزایش می یابد - بدیهی است که ستون بالاتری از مایع به شدت روی پایه فشار می آورد. بسیار کمتر آشکار است (یا اصلاً واضح نیست) که این فشار نه تنها به سمت پایین، بلکه به طرفین و به سمت بالا با همان شدت عمل می کند - این قانون پاسکال است.

اگر نیروهای وارد بر مکعب را در نظر بگیریم (شکل 1)، به دلیل تقارن آشکار، نیروهای وارد بر مخالف صورت های جانبیجهات مساوی و مخالف - آنها سعی می کنند مکعب را فشرده کنند، اما نمی توانند بر تعادل یا حرکت آن تأثیر بگذارند. نیروهایی باقی می مانند که بر روی صورت بالا و پایین اثر می گذارند. اجازه دهید ساعت- عمق غوطه ور شدن قسمت بالایی صورت، r– چگالی سیال g- شتاب گرانش؛ سپس فشار وارد می شود لبه بالاییبرابر است

r· g · h = p 1

و در پایین

r· g(h+a)= ص 2

نیروی فشار برابر است با فشار ضرب در مساحت، یعنی.

اف 1 = پ 1 · آ\up122، اف 2 = پ 2 · آ\up122، جایی که آ- لبه مکعبی،

و قدرت اف 1 به سمت پایین و نیرو هدایت می شود اف 2 - بالا. بنابراین، عمل مایع بر روی مکعب به دو نیرو کاهش می یابد - اف 1 و اف 2 و با تفاوت آنها که نیروی شناوری است تعیین می شود:

اف 2 – اف 1 =r· g· ( h+a)آ\up122 - ر قا· آ 2 = pga 2

نیرو شناور است، زیرا لبه پایینی به طور طبیعی در زیر لبه بالایی قرار دارد و نیروی وارد شده به سمت بالا بیشتر از نیروی وارده به سمت پایین است. اندازه اف 2 – اف 1 = pga 3 برابر است با حجم بدن (مکعب) آ 3 برابر وزن یک سانتیمتر مکعبمایع (اگر 1 سانتی متر را به عنوان واحد طول در نظر بگیریم). به عبارت دیگر نیروی شناوری که اغلب به آن نیروی ارشمیدسی می گویند برابر با وزن مایع در حجم بدن است و به سمت بالا هدایت می شود. این قانون توسط دانشمند یونان باستان وضع شده است ارشمیدس، یکی از بزرگترین دانشمندان روی زمین.

اگر جسمی با شکل دلخواه (شکل 2) حجمی را در داخل مایع اشغال کند V، سپس تأثیر یک مایع بر روی بدن کاملاً با فشار توزیع شده بر روی سطح بدن تعیین می شود و ما توجه می کنیم که این فشار کاملاً مستقل از مواد بدن است - ("مایع اهمیتی ندارد که چه چیزی فشار دهید").

برای تعیین نیروی فشار حاصله روی سطح بدن، باید به صورت ذهنی حجم را حذف کنید V بدن داده شدهو این حجم را (از نظر ذهنی) با همان مایع پر کنید. از یک طرف، ظرفی با مایع در حال استراحت، از سوی دیگر، در داخل حجم وجود دارد V- جسمی متشکل از یک مایع معین و این جسم تحت تأثیر وزن خود (مایع سنگین است) و فشار مایع روی سطح حجم در حالت تعادل است. V. از آنجایی که وزن مایع در حجم یک جسم برابر است pgVو توسط نیروهای فشار حاصل متعادل می شود، سپس مقدار آن برابر با وزن مایع در حجم است V، یعنی pgV.

با انجام ذهنی جایگزینی معکوس - قرار دادن آن در حجم Vبدنه داده شده و توجه داشته باشید که این جایگزینی تاثیری بر توزیع نیروهای فشار بر روی سطح حجم نخواهد داشت V، می توانیم نتیجه بگیریم: جسمی که در حالت استراحت در مایعی سنگین غوطه ور شده است، با نیروی رو به بالا (نیروی ارشمیدوس)، برابر با وزن مایع در حجم جسم داده شده، وارد می شود.

به همین ترتیب، می توان نشان داد که اگر جسمی تا حدی در مایعی غوطه ور شود، نیروی ارشمیدسی برابر با وزن مایع در حجم قسمت غوطه ور شده بدن است. اگر در این حالت نیروی ارشمیدسی برابر با وزن باشد، آنگاه جسم روی سطح مایع شناور می شود. بدیهی است، اگر در حین غوطه وری کامل، نیروی ارشمیدسی معلوم شود وزن کمتربدن، غرق خواهد شد. ارشمیدس مفهوم " وزن مخصوص» g، یعنی وزن در واحد حجم یک ماده: g = صفحه; اگر آن را برای آب فرض کنیم g= 1، سپس یک جسم جامد از ماده که برای آن g> 1 غرق خواهد شد، و چه زمانی g < 1 будет плавать на поверхности; при g= 1 یک جسم می تواند در داخل یک مایع شناور (معروف به شناور) شود. در خاتمه، متذکر می شویم که قانون ارشمیدس رفتار بالون ها را در هوا (در حالت استراحت با سرعت کم) توصیف می کند.

ولادیمیر کوزنتسوف