Параграф 46 Физика 7 класс Пёрышкин | Конспект

Действие жидкости и газа на погруженное в них тело

Давление жидкости на погружённое в неё тело

Жидкость, находясь в сосуде, оказывает давление на погруженное в неё тело. Давление на дно и стенки сосуда зависит от глубины, плотности жидкости и силы тяжести. Если тело помещено в жидкость, давление на него распределяется равномерно по всем направлениям, кроме границ, где возникают изменения. На нижнюю часть тела действует большее давление из-за глубины, чем на верхнюю, что создаёт подъемную силу. Эта разница давлений обуславливает возникновение выталкивающей силы, направленной вверх, противодействующей силе тяжести. Сила, действующая на нижнюю часть тела, всегда больше силы, действующей на верхнюю, из-за разности высоты столба жидкости.

Выталкивающая сила жидкости

Выталкивающая сила возникает из-за разности давлений на верхнюю и нижнюю части тела. Эта сила равна весу жидкости, вытесненной телом, и зависит от объёма вытесненной жидкости. Формула Архимеда описывает её: F=ρgV, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, а V — объём вытесненной жидкости. Эта сила всегда направлена вверх и противодействует силе тяжести, уменьшая кажущийся вес тела. Если масса вытесненной жидкости равна массе тела, оно будет плавать на поверхности, если меньше — опускаться. Эксперименты показывают, что в воде тело поднимается, когда выталкивающая сила больше силы тяжести, что объясняет плавание судов.

Давление газа на погружённое в него тело

Газы, подобно жидкостям, оказывают давление на погружённые в них тела. Однако из-за малой плотности выталкивающая сила в газах меньше. Формула для расчета остаётся аналогичной: F=ρgV. Выталкивающая сила в газах действует на тела с меньшей плотностью, например на воздушные шары. Эксперимент с углекислым газом показывает, что в среде с большей плотностью выталкивающая сила возрастает. Это объясняет поведение воздушных шаров в воздухе и аэростатов. Выталкивающая сила в газах незначительна, но важна для расчета подъёмной силы летательных аппаратов. В условиях высоких плотностей газа, например, в углекислом газе, выталкивающая сила может превышать силу тяжести воздуха.

Сила тяжести и выталкивающая сила

Сила тяжести действует на все тела и направлена вниз, завися от массы тела и ускорения свободного падения. В жидкости и газах выталкивающая сила действует противоположно, уменьшая кажущийся вес. В случае равенства выталкивающей силы и силы тяжести тело остаётся в равновесии. При большей выталкивающей силе тело поднимается на поверхность. В жидкостях сила тяжести компенсируется выталкивающей силой, что объясняет плавание. В газах эта сила мала, но влияет на поведение лёгких объектов, таких как шары и аэростаты. Вычисление этих сил позволяет определить поведение тел в разных средах.

Практическое применение выталкивающей силы

Выталкивающая сила используется в инженерии и судостроении для расчета плавучести объектов. С её помощью определяют объём, необходимый для поддержания судов на воде. В воздухе выталкивающая сила применяется для расчета подъёма аэростатов. Опыт показывает, что увеличение объема тела ведёт к росту выталкивающей силы, что важно при проектировании плавающих и летающих объектов. Суда и корабли проектируются так, чтобы выталкивающая сила превышала силу тяжести. Летательные аппараты используют принцип малой плотности газа для подъема в воздух.