Ierīce arhimēda spēka mērīšanai fizikā. Arhimēda likums: manekenu atklājumu vēsture un fenomena būtība

Arhimēdu likums  - viens no galvenajiem hidrostatikas un gāzes statikas likumiem.

Formulējums un skaidrojums

Arhimēda likums tiek formulēts šādi: šķidrumā (vai gāzē) iegremdētu ķermeni ietekmē peldspējas spēks, kas vienāds ar šķidruma (vai gāzes) svaru, kuru šis ķermenis pārvieto. Tiek saukts spēks ar Arhimēda spēku:

kur ir šķidruma (gāzes) blīvums, ir smaguma paātrinājums un ir iegremdētā ķermeņa tilpums (vai ķermeņa tilpuma daļa zem virsmas). Ja ķermenis peld uz virsmas vai vienmērīgi pārvietojas uz augšu vai uz leju, tad peldošais spēks (saukts arī par Arhimēdas spēku) pēc lieluma (un virzienā pretējs) ir vienāds ar gravitācijas spēku, kas iedarbojas uz ķermeņa pārvietotā šķidruma (gāzes) tilpumu, un tiek piemērots šī tilpuma smaguma centram. .

Ķermenis peld, ja Archimedes spēks līdzsvaro ķermeņa gravitācijas spēku.

Jāatzīmē, ka ķermenim jābūt pilnībā ieskautam šķidruma (vai jāšķērso ar šķidruma virsmu). Tātad, piemēram, Arhimēda likumu nevar piemērot kubam, kas atrodas tvertnes apakšā, hermētiski pieskaroties apakšai.

Attiecībā uz ķermeni, kas atrodas gāzē, piemēram, gaisā, lai atrastu celšanas spēku, šķidruma blīvums ir jāaizstāj ar gāzes blīvumu. Piemēram, hēlija bumba lido uz augšu tāpēc, ka hēlija blīvums ir mazāks par gaisa blīvumu.

Arhimēda likumu var izskaidrot, izmantojot hidrostatisko spiedienu atšķirības taisnstūrveida ķermeņa piemērā.

kur PA, PB  - spiediens punktos A  un B, ρ ir šķidruma blīvums, h  - līmeņa starpība starp punktiem A  un B, S  - ķermeņa horizontālā šķērsgriezuma laukums, V  - iegremdētās ķermeņa daļas tilpums.

Teorētiskajā fizikā arī Arhimēda likumu piemēro integrētā formā:

,

kur ir virsmas laukums, ir spiediens patvaļīgā punktā, integrācija tiek veikta visā ķermeņa virsmā.

Ja nav gravitācijas lauka, tas ir, bezsvara stāvoklī, Arhimēda likums nedarbojas. Astronauti diezgan labi pārzina šo parādību. Jo īpaši nulles gravitācijas gadījumā nav (dabiskas) konvekcijas parādības, tāpēc, piemēram, kosmosa kuģa dzīvojošo nodalījumu gaisa dzesēšanu un ventilāciju ar ventilatoru palīdzību veic ar spēku.

Vispārinājumi

Noteikts Arhimēda likuma analogs ir spēkā arī jebkurā spēka laukā, kas atšķirīgi iedarbojas uz ķermeni un šķidrumu (gāzi), vai nehomogēnā laukā. Piemēram, tas attiecas uz inerces spēku lauku (piemēram, centrbēdzes spēku) - uz tā balstās centrifugēšana. Nemehāniska lauka piemērs: vadošs ķermenis tiek pārvietots no augstākas intensitātes magnētiskā lauka apgabala uz mazāku.

Arhimēda likuma secinājums par patvaļīgas formas ķermeni

Hidrostatiskais šķidruma spiediens dziļumā ir. Šajā gadījumā šķidruma spiedienu un gravitācijas lauka stiprumu mēs uzskatām par nemainīgām vērtībām un parametru. Paņemiet patvaļīgas formas ķermeni, kura tilpums nav nulle. Mēs ieviešam pareizo ortonormālo koordinātu sistēmu, un mēs izvēlamies z ass virzienu, kas sakrīt ar vektora virzienu. Nulle uz z ass ir iestatīta uz šķidruma virsmas. Izvēlieties elementāru laukumu uz ķermeņa virsmas. To ietekmēs šķidruma spiediena spēks, kas vērsts ķermenī, . Lai iegūtu spēku, kas darbosies uz ķermeni, mēs ņemam integrāli virs virsmas:

Pārejot no integrāla virs virsmas uz integrālu virs tilpuma, mēs izmantojam vispārinātu Ostrogradska - Gausa teorēmu.

Mēs iegūstam, ka Arhimēda spēka modulis ir vienāds, un tas ir vērsts virzienā, kas ir pretējs gravitācijas lauka intensitātes vektora virzienam.

Peldēšanas ķermeņu stāvoklis

Ķermeņa uzvedība šķidrumā vai gāzē ir atkarīga no attiecībām starp smaguma moduļiem un Arhimīdiem, kas darbojas uz šo ķermeni. Ir iespējami šādi trīs gadījumi:

Cits sastāvs (kur ir ķermeņa blīvums, ir barotnes blīvums, kurā tā ir iegremdēta).

ARHIMĒDU TIESĪBAS–Šķidrumu un gāzu statikas likums, saskaņā ar kuru peldošais spēks, kas vienāds ar šķidruma svaru ķermeņa tilpumā, iedarbojas uz šķidrumā (vai gāzē) iegremdētu ķermeni.

Fakts, ka noteikts spēks iedarbojas uz ūdenī iegremdētu ķermeni, ir labi zināms visiem: smagie ķermeņi, šķiet, kļūst vieglāki - piemēram, mūsu ķermenis, iegremdējoties vannā. Peldoties upē vai jūrā, jūs varat viegli pacelt un pārvietot ļoti smagus akmeņus gar dibenu - tos, kurus nevar pacelt uz sauszemes; tā pati parādība tiek novērota, kad kāda iemesla dēļ valis tiek izmests krastā - dzīvnieks nevar pārvietoties ārpus ūdens vides - tā svars pārsniedz tā muskuļu sistēmas iespējas. Tajā pašā laikā gaismas ķermeņi pretojas iegremdēšanai ūdenī: lai noslīcinātu mazu arbūzu izmēra bumbiņu, ir vajadzīgs gan spēks, gan veiklība; visticamāk, jums neizdosies ielādēt bumbiņu ar pusmetra diametru. Intuitīvi skaidrs, ka atbilde uz jautājumu - kāpēc ķermenis peld (kamēr otrs nogrimst) ir cieši saistīta ar šķidruma iedarbību uz tajā iegrimušo ķermeni; nevar būt apmierināts ar atbildi, ka vieglie ķermeņi peld un smagi slīd: tērauda plāksne, protams, noslīks ūdenī, bet, ja jūs no tā izveidojat lodziņu, tas var peldēt; kamēr viņas svars nav mainījies. Lai saprastu spēka raksturu, kas iedarbojas uz iegremdēto ķermeni no šķidruma puses, pietiek apsvērt vienkāršu piemēru (1. att.).

Kubs ar ribu a  iegremdēts ūdenī, un gan ūdens, gan kubs ir nekustīgi. Ir zināms, ka spiediens smagā šķidrumā palielinās proporcionāli dziļumam - ir acīmredzami, ka augstāka šķidruma kolonna rada lielāku spiedienu uz pamatni. Daudz mazāk acīmredzams (vai nemaz nav acīmredzams), ka šis spiediens darbojas ne tikai uz leju, bet arī uz sāniem un uz augšu ar tādu pašu intensitāti - tāds ir Paskāla likums.

Ja mēs uzskatām spēkus, kas iedarbojas uz kubu (1. att.), Tad acīmredzamās simetrijas dēļ spēki, kas darbojas pretējās sānu virsmās, ir vienādi un pretēji vērsti - viņi mēģina saspiest kubu, bet nevar ietekmēt tā līdzsvaru vai kustību. Spēki, kas iedarbojas uz augšējo un apakšējo virsmu, paliek. Ļaujiet h  - augšējās virsmas iegremdēšanas dziļums, r  - šķidruma blīvums g  - smaguma paātrinājums; tad spiediens uz augšējo virsmu ir

r· g · h \u003d p 1

un apakšā

r· g(h + a)  \u003d p 2

Spiediena spēks ir vienāds ar spiedienu, kas reizināts ar laukumu, t.i.

F 1 = lpp  1 a\\ up122, F 2 = lpp  2 a\\ up122 kur a  - kuba mala,

turklāt spēks F  1 ir uz leju, un spēks F  2 - uz augšu. Tādējādi šķidruma iedarbība uz kubu tiek samazināta līdz diviem spēkiem - F  1 un F  2, un to nosaka ar starpību, kas ir peldspējas spēks:

F 2 – F 1 =r· g· ( h + a)  a\\ up122 - r gha· a 2   \u003d pga 2

Spēks spiež, jo apakšējā seja ir dabiski zemāka par augšējo, un spēks, kas iedarbojas uz augšu, ir lielāks nekā spēks, kas iedarbojas uz leju. Vērtība F 2 – F 1 \u003d pga  3 ir vienāds ar ķermeņa tilpumu (kubs)   a  Trīs reizes pārsniedz viena kubikcentimetra šķidruma svaru (ja to ņem par 1 cm garu vienību). Citiem vārdiem sakot, peldspējas spēks, ko bieži sauc par Arhimēdes spēku, ir vienāds ar šķidruma svaru ķermeņa tilpumā un ir vērsts uz augšu. Šo likumu izveidoja seno grieķu zinātnieks Arhimēds, viens no lielākajiem Zemes zinātniekiem.

Ja patvaļīgas formas ķermenis (2. att.) Šķidruma iekšpusē aizņem tilpumu V, tad šķidruma iedarbību uz ķermeni pilnībā nosaka spiediens, kas tiek sadalīts pa ķermeņa virsmu, un mēs atzīmējam, ka šis spiediens ir pilnīgi neatkarīgs no ķermeņa materiāla - (“šķidrumam nav nozīmes, uz kura jāspiež”).

Lai noteiktu iegūto spiediena spēku uz ķermeņa virsmas, jums tas garīgi jānoņem no tilpuma V  doto ķermeni un piepildiet (garīgi) šo tilpumu ar to pašu šķidrumu. No vienas puses, ir trauks ar šķidrumu miera stāvoklī, no otras puses, tilpuma iekšpusē V  - ķermenis, kas sastāv no noteikta šķidruma, un šis ķermenis ir līdzsvarā paša svara (smaga šķidruma) un šķidruma spiediena ietekmē uz tilpuma virsmas   V. Tā kā šķidruma svars ķermeņa tilpumā ir pgV  un to līdzsvaro ar izrietošajiem spiediena spēkiem, tad tā vērtība ir vienāda ar šķidruma svaru tilpumā V, t.i.   pgV.

Garīgi veicot reverso nomaiņu - ievietošana apjomā V  šo ķermeni un atzīmējot, ka šī nomaiņa neietekmēs spiediena spēku sadalījumu uz tilpuma virsmas   V, mēs varam secināt: augšupvērsts spēks (Arhimēdes spēks), kas vienāds ar šķidruma svaru dotā ķermeņa tilpumā, iedarbojas uz ķermeni, kas iegremdēts miera stāvoklī esošajā smagajā šķidrumā.

Līdzīgi var parādīt, ka, ja ķermenis ir daļēji iegremdēts šķidrumā, tad arhimēda spēks ir vienāds ar šķidruma svaru iegremdētās ķermeņa daļas tilpumā. Ja šajā gadījumā arhimēda spēks ir vienāds ar svaru, tad ķermenis peld uz šķidruma virsmas. Acīmredzot, ja arhimīdiešu spēks ir pilnībā mazāks par ķermeņa svaru, kad tas ir pilnībā iegremdēts, tad tas nogrims. Archimedes ieviesa jēdzienu "īpatnējais smagums" g, t.i. vielas svars uz tilpuma vienību:   g = lpp; ja jūs to akceptējat ūdenim   g  \u003d 1, tad ciets ķermenis no vielas, kurā g  \u003e 1 noslīkst, un kad g < 1 будет плавать на поверхности; при g  \u003d 1 ķermenis var peldēt (pakārt) šķidruma iekšpusē. Noslēgumā mēs atzīmējam, ka Arhimēdes likums apraksta gaisa balonu izturēšanos gaisā (miera stāvoklī ar nelielu ātrumu).

Vladimirs Kuzņecovs

Bieži zinātniskie atklājumi ir vienkāršas sakritības rezultāts. Bet tikai cilvēki ar apmācītu prātu var novērtēt vienkāršas sakritības nozīmi un no tās izdarīt tālejošus secinājumus. Pateicoties nejaušu notikumu ķēdei fizikā, parādījās Arhimēda likums, kas izskaidro ķermeņu izturēšanos ūdenī.

Tradīcijas

Sirakūzās tika rakstītas leģendas par Arhimēdu. Reiz šīs krāšņās pilsētas valdnieks apšaubīja sava juveliera godīgumu. Kronim, kas izgatavots valdniekam, vajadzēja būt noteiktam zelta daudzumam. Pārbaudiet šo faktu, kuru uzdeva Archimedes.

Arhimīds atklāja, ka gaisā un ūdenī ķermeņiem ir atšķirīgs svars, un atšķirība ir tieši proporcionāla izmērītā ķermeņa blīvumam. Izmērot vainaga svaru gaisā un ūdenī un veicot līdzīgu eksperimentu ar veselu zelta gabalu, Arhimēds pierādīja, ka izgatavotajā vainagā ir vieglāka metāla piejaukums.

Saskaņā ar leģendu, Arhimēds veica šo atklājumu vannā, vērojot šļakatu ūdeni. Kas notika blakus negodīgajam juvelierim, stāsts klusē, bet Sirakūzu zinātnieka secinājumi veidoja pamatu vienam no vissvarīgākajiem fizikas likumiem, kuru mēs zinām kā Arhimēda likumu.

Formulējums

Arhimēds iepazīstināja ar savu eksperimentu rezultātiem savā darbā Par peldošajām ķermenēm, kurš, diemžēl, ir saglabājies tikai fragmentos. Mūsdienu fizika, Arhimēda likumi apraksta, kā kopējais spēks, kas iedarbojas uz šķidrumā iegremdētu ķermeni. Ķermeņa peldošais spēks šķidrumā ir vērsts uz augšu; tā absolūtā vērtība ir vienāda ar pārvietotā šķidruma svaru.

Šķidrumu un gāzu darbība uz iegremdēto ķermeni

Jebkurš šķidrumā iegremdēts objekts izjūt spiediena spēkus. Katrā ķermeņa virsmas punktā šie spēki ir vērsti perpendikulāri ķermeņa virsmai. Ja tie būtu vienādi, ķermenis piedzīvotu tikai saspiešanu. Bet spiediena spēki palielinās proporcionāli dziļumam, tāpēc ķermeņa apakšējā virsma piedzīvo lielāku saspiešanu nekā augšējā. Jūs varat apsvērt un saskaitīt visus spēkus, kas ūdenī ietekmē ķermeni. Viņu virziena galīgais vektors tiks vērsts uz augšu, ķermenis tiek izspiests no šķidruma. Šo spēku lielums nosaka Arhimēda likumu. Ķermeņu peldēšana pilnībā balstās uz šo likumu un uz tā dažādajām sekām. Arhimēdu spēki darbojas gāzēs. Pateicoties šiem stumšanas spēkiem, dirižabļi un baloni debesīs lido: gaisa pārvietošanās dēļ tie kļūst vieglāki par gaisu.

Fiziskā formula

Arhimēda stiprumu var skaidri parādīt, veicot vienkāršu svēršanu. Nosverot treniņu svaru vakuumā, gaisā un ūdenī, var redzēt, ka tā svars ievērojami atšķiras. Vakuumā svara svars ir viens, gaisā - nedaudz zemāks, bet ūdenī - vēl mazāks.

Ja mēs ņemam ķermeņa svaru vakuumā kā P o, tad tā svaru gaisā var aprakstīt ar šādu formulu: P in \u003d P o - F a;

šeit P about - svars vakuumā;

Kā redzams attēlā, jebkuras darbības ar svēršanu ūdenī ievērojami atvieglo ķermeni, tāpēc šādos gadījumos ir jāņem vērā Arhimēda izturība.

Gaisa izteiksmē šī atšķirība ir niecīga, tāpēc parasti gaisā iegremdētās ķermeņa svaru apraksta ar standarta formulu.

Barotnes blīvums un Arhimēda stiprums

Analizējot vienkāršākos eksperimentus ar ķermeņa svaru dažādos medijos, mēs varam secināt, ka ķermeņa masa dažādos barotnēs ir atkarīga no objekta masas un iegremdēšanas barotnes blīvuma. Turklāt, jo blīvāka vide, jo lielāka ir Arhimēda izturība. Arhimēda likums saistīja šo atkarību, un šķidruma vai gāzes blīvums ir atspoguļots tā galīgajā formulā. Kas vēl ietekmē šo varu? Citiem vārdiem sakot, no kādām īpašībām ir atkarīgs Arhimēda likums?

Formula

Arhimēdu spēku un spēkus, kas to ietekmē, var noteikt, izmantojot vienkāršus loģiskus secinājumus. Pieņemsim, ka noteikta tilpuma ķermenis, kas iegremdēts šķidrumā, sastāv no tā paša šķidruma, kurā tas ir iegremdēts. Šis pieņēmums nav pretrunā ar citām telpām. Galu galā spēki, kas iedarbojas uz ķermeni, nekādā veidā nav atkarīgi no šīs ķermeņa blīvuma. Šajā gadījumā ķermenis, visticamāk, atradīsies līdzsvarā, un peldspējas spēku kompensēs smagums.

Tādējādi ķermeņa līdzsvars ūdenī tiks aprakstīts šādi.

Bet smagums no stāvokļa ir vienāds ar šķidruma svaru, kuru tas izspiež: šķidruma masa ir vienāda ar blīvuma un tilpuma reizinājumu. Aizstājot zināmās vērtības, jūs varat uzzināt šķidruma ķermeņa svaru. Šis parametrs tiek aprakstīts kā ρV * g.

Aizstājot zināmās vērtības, mēs iegūstam:

Tas ir Arhimēdes likums.

Mūsu izsecinātā formula apraksta blīvumu kā pētāmās ķermeņa blīvumu. Bet sākotnējos apstākļos tika norādīts, ka ķermeņa blīvums ir identisks apkārtējā šķidruma blīvumam. Tādējādi šajā formulā jūs varat droši aizstāt šķidruma blīvuma vērtību. Vizuāls novērojums, saskaņā ar kuru stumšanas spēks ir lielāks blīvākā vidē, ir saņēmis teorētisku pamatojumu.

Arhimēdes likuma piemērošana

Pirmie eksperimenti, kas demonstrē Arhimēdes likumu, ir zināmi no skolas sola. Metāla plāksne noslīkst ūdenī, bet, salocīta kastes formā, var ne tikai noturēties virs ūdens, bet arī nest noteiktu kravu. Šis noteikums ir vissvarīgākais secinājums no Archimedes noteikuma, tas nosaka iespēju būvēt upju un jūras kuģus, ņemot vērā to maksimālo ietilpību (pārvietojumu). Galu galā jūras un saldūdens blīvums ir atšķirīgs gan kuģiem, gan zemūdenēm, ienākot upju grīvā, jāņem vērā šī parametra atšķirības. Nepareizs aprēķins var izraisīt katastrofu - kuģis nobrauks krastā, un tā pacelšanai būs vajadzīgas ievērojamas pūles.

Arhimēdu likums ir nepieciešams zemūdenēm. Fakts ir tāds, ka jūras ūdens blīvums maina savu vērtību atkarībā no iegremdēšanas dziļuma. Pareizs blīvuma aprēķins ļaus ūdenslīdējiem pareizi aprēķināt gaisa spiedienu uzvalka iekšpusē, kas ietekmēs ūdenslīdēja manevrēšanas spēju un nodrošinās tā drošu iegremdēšanu un pacelšanos. Arhimēda likumi būtu jāņem vērā arī tad, ja dziļūdens urbumos milzīgas platformas zaudē līdz 50% no sava svara, kas to transportēšanu un ekspluatāciju padara lētāku.

Arhimēda likums ir šķidrumu un gāzu statikas likums, saskaņā ar kuru peldošais spēks, kas vienāds ar šķidruma svaru ķermeņa tilpumā, iedarbojas uz šķidrumā (vai gāzē) iegremdētu ķermeni.

Pamatinformācija

“Eureka!” (“Atrasts!”) - šo izsaukumu, pēc leģendas, izdevis seno grieķu zinātnieks un filozofs Arhimēds, atklājot izstumšanas principu. Leģenda vēsta, ka Sirakūzu karalis Herons II lūdzis domātāju noteikt, vai viņa vainags ir izgatavots no tīra zelta, nekaitējot pašai karaliskajai vainagai. Vainaga svēršana Archimedes nedarbojās, bet ar to nebija pietiekami - bija nepieciešams noteikt vainaga tilpumu, lai aprēķinātu metāla blīvumu, no kura tas tiek liets, un noteiktu, vai tas ir tīrs zelts. Tālāk, pēc leģendas teiktā, Arhimēds aizrāvās ar domām par to, kā noteikt vainaga tilpumu, iegrima vannā - un pēkšņi pamanīja, ka ūdens līmenis vannā ir paaugstinājies. Un tad zinātnieks saprata, ka viņa ķermeņa tilpums izspiež vienādu ūdens daudzumu, tāpēc vainags, ja tas tika nolaists baseinā, kas piepildīts līdz malām, izspieda no tā ūdens tilpumu, kas vienāds ar tā tilpumu. Tika atrasts risinājums, un saskaņā ar vispopulārāko leģendas versiju zinātnieks skrēja ziņot par savu uzvaru karaļa pilī, pat neuztraucoties ģērbties.

Tomēr patiesība ir patiesība: tieši Arhimēds atklāja peldspējas principu. Ja cieta viela ir iegremdēta šķidrumā, tā izspiež šķidruma daudzumu, kas vienāds ar šķidrumā iegremdētās ķermeņa daļas tilpumu. Spiediens, kas iepriekš iedarbojās uz izspiesto šķidrumu, tagad darbosies uz cieto vielu, kas to pārvietoja. Un, ja vertikāli uz augšu vērsts peldošais spēks izrādās lielāks par gravitācijas spēku, kas ķermeni velk vertikāli uz leju, ķermenis peldēs; pretējā gadījumā tas nogrims (nogrims). Mūsdienu valodā ķermenis peld, ja tā vidējais blīvums ir mazāks par šķidruma blīvumu, kurā tas ir iegremdēts.

Arhimēda likums un molekulārā kinētiskā teorija

Miega stāvoklī esošā šķidrumā spiedienu rada kustīgo molekulu sitieni. Kad noteiktu šķidruma tilpumu izspiež ciets ķermenis, molekulu triecienu augšupvērstais impulss kritīs nevis uz šķidruma molekulām, ko pārvieto ķermenis, bet gan uz pašu ķermeni, kas izskaidro spiedienu, kas tam tiek veikts no apakšas, un izspiež to šķidruma virsmas virzienā. Ja ķermenis ir pilnībā iegremdēts šķidrumā, peldspējas spēks uz to turpinās darboties, jo spiediens palielinās, palielinoties dziļumam, un ķermeņa apakšdaļa tiek pakļauta lielākam spiedienam nekā augšējā, no kurienes rodas peldošais spēks. Tas ir peldspējas izskaidrojums molekulārā līmenī.

Šis izmešanas modelis izskaidro, kāpēc kuģis, kas izgatavots no tērauda, \u200b\u200bkas ir daudz blīvāks par ūdeni, paliek virs ūdens. Fakts ir tāds, ka kuģa izspiestā ūdens tilpums ir vienāds ar ūdenī iegremdētā tērauda tilpumu plus gaisa tilpums, kas atrodas kuģa korpusa iekšpusē zem ūdenslīnijas. Ja vidējo korpusa čaumalas un tās iekšpusē esošā gaisa blīvumu noskaidro, izrādās, ka kuģa (kā fiziska ķermeņa) blīvums ir mazāks par ūdens blīvumu, tāpēc peldošais spēks, kas uz to iedarbojas ūdens molekulu trieciena augšupvērstu impulsu rezultātā, ir lielāks nekā Zemes gravitācijas spēks, velkot kuģi līdz apakšā - un kuģis kuģo.

Formulējums un skaidrojums

Fakts, ka noteikts spēks iedarbojas uz ūdenī iegremdētu ķermeni, ir labi zināms visiem: smagie ķermeņi, šķiet, kļūst vieglāki - piemēram, mūsu ķermenis, iegremdējoties vannā. Peldoties upē vai jūrā, jūs varat viegli pacelt un pārvietot ļoti smagus akmeņus gar dibenu - tos, kurus nevar pacelt uz sauszemes. Tajā pašā laikā gaismas ķermeņi pretojas iegremdēšanai ūdenī: lai noslīcinātu mazu arbūzu izmēra bumbiņu, ir vajadzīgs gan spēks, gan veiklība; visticamāk, jums neizdosies ielādēt bumbiņu ar pusmetra diametru. Intuitīvi skaidrs, ka atbilde uz jautājumu - kāpēc ķermenis peld (kamēr otrs nogrimst) ir cieši saistīta ar šķidruma iedarbību uz tajā iegrimušo ķermeni; nevar būt apmierināts ar atbildi, ka vieglie ķermeņi peld un smagi slīd: tērauda plāksne, protams, nogrims ūdenī, bet, ja jūs no tā izveidojat lodziņu, tas var peldēt; kamēr viņas svars nav mainījies.

Hidrostatiskā spiediena esamība noved pie tā, ka jebkuru šķidruma vai gāzes ķermeni iedarbojas ar peldošu spēku. Pirmo reizi šī spēka vērtību šķidrumos eksperimentāli noteica Arhimēds. Arhimēdes likums ir formulēts šādi: peldošs spēks iedarbojas uz šķidrumā vai gāzē iegremdētu ķermeni, kas ir vienāds ar šķidruma vai gāzes daudzuma svaru, kuru izspiež iegremdētā ķermeņa daļa.

Formula

Arhimēda spēku, kas iedarbojas uz šķidrumā iegremdētu ķermeni, var aprēķināt pēc formulas: F  A \u003d ρ W gV  Piektdiena

kur ρж ir šķidruma blīvums,

g ir gravitācijas paātrinājums,

Vpt ir šķidrumā iegremdētās ķermeņa daļas tilpums.

Ķermeņa izturēšanās šķidrumā vai gāzē ir atkarīga no attiecībām starp smaguma moduļiem Ft un arhimēdu spēku FA, kas iedarbojas uz šo ķermeni. Ir iespējami šādi trīs gadījumi:

1) FT\u003e FA - ķermenis nogrimst;

2) FT \u003d FA - ķermenis peld šķidrumā vai gāzē;

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

Arhimēdi  - grieķu mehāniķis, fiziķis, matemātiķis, inženieris. Dzimis Sirakūzās (Sicīlijā). Viņa tēvs Fidijs bija astronoms un matemātiķis. Tēvs nodarbojās ar sava dēla audzināšanu un izglītošanu. No viņa Archimedes mantoja spēju matemātikā, astronomijā un mehānikā. Arhimēds studēja Aleksandrijā (Ēģipte), kas tajā laikā bija kultūras un zinātnes centrs. Tur viņš tikās Eratosthenes  - grieķu matemātiķis, astronoms, ģeogrāfs un dzejnieks, kurš kļuvis par Arhimēdes mentoru un ilgstoši viņu patronējis.

Archimedes apvienoja inženiera-izgudrotāja un teorētiskā zinātnieka talantus. Viņš kļuva par teorētiskās mehānikas un hidrostatikas pamatlicēju, izstrādāja metodes dažādu figūru un ķermeņu virsmas laukumu un tilpumu atrašanai.

Saskaņā ar leģendu, Arhimēdam pieder daudz pārsteidzošu tehnisko izgudrojumu, kas ieguva viņam slavu starp viņa laikabiedriem. Tiek uzskatīts, ka Arhimēds, izmantojot spoguļus un saules gaismas atstarošanu, spēja aizdedzināt Romas floti, kas aplenca Aleksandriju. Šis gadījums ir labs izcilu optisko iemaņu piemērs.

Arhimēds tiek kreditēts arī ar katapulta, militārās mešanas mašīnas izgudrošanu, planetārija uzbūvi, kurā pārvietojās planētas. Zinātnieks izveidoja skrūvi ūdens pacelšanai (Archimedes skrūve), kas joprojām tiek izmantota un ir ūdens pacelšanas mašīna, vārpsta ar spirālveida virsmu, kas atrodas slīpā caurulē, kas iegremdēta ūdenī. Rotācijas laikā vārpstas spirālveida virsma caur cauruli ūdeni pārvieto dažādos augstumos.

Archimedes ir uzrakstījis daudzus zinātniskus darbus: “Uz spirālēm”, “Uz konoīdiem un sferoīdiem”, “Uz lodītes un cilindra”, “Uz svirām”, “Uz peldošiem ķermeņiem”. Un traktātā "Par smilšu graudiem" viņš aprēķināja smilšu graudu skaitu zemeslodes tilpumā.

Arhimēds interesantos apstākļos atklāja savu slaveno likumu. Karalis Gireons II, kuru kalpoja Arhimēds, vēlējās uzzināt, vai juvelieri, gatavojot vainagu, ir sajaukuši sudrabu ar zeltu. Lai aprēķinātu metāla blīvumu, ir jānosaka ne tikai masa, bet arī koronas tilpums. Nosakiet neregulāras formas izstrādājuma tilpumu –   grūts uzdevums, par kuru Arhimēds ilgi domāja.

Lēmums pieņēma Arhimēda galvu, kad viņš ienirt vannā: ūdens līmenis vannā cēlās pēc tam, kad zinātnieka ķermenis bija nolaists ūdenī. Tas ir, viņa ķermeņa tilpums aizstāja vienādu ūdens daudzumu. Ar kliedzienu “Eureka!” Arhimēds aizskrēja uz pili, pat netraucējot ģērbties. Viņš nolaida vainagu ūdenī un noteica pārvietotā šķidruma tilpumu. Problēma ir atrisināta!

Tādējādi Arhimēds atklāja peldspējas principu. Ja cieta viela ir iegremdēta šķidrumā, tā izspiež šķidruma daudzumu, kas vienāds ar šķidrumā iegremdētās ķermeņa daļas tilpumu. Ķermenis var peldēt ūdenī, ja tā vidējais blīvums ir mazāks par šķidruma blīvumu, kurā tas tika ievietots.

Arhimēda likums saka: uz katru ķermeni, kas iegremdēts šķidrumā vai gāzē, peldošais spēks darbojas uz augšu un ir vienāds ar šķidruma vai gāzes svaru, ko tas pārvieto.

vietne ar pilnīgu vai daļēju materiāla kopēšanu ir nepieciešama saite uz avotu.