Архимедова сила действующая на вещество

В технических науках, такое вещество как газ, принято рассматривать как одна сплошная среда. И это несмотря на то, что существуют явные различия в свойствах газа при различных ситуациях его воздействия.

В физике поведение газового вещества определяется одинаковыми параметрами, и, следовательно, уравнения такие же.

Данный принцип гласит о том, что изучение газового вещества имеет общий принцип. Все молекулярные частицы располагаются в непрерывном порядке по всей занимаемой площади. 

Плотность газа всегда зависит от давления, действующего на вещество. Для жидкого вещества ситуация значительно иная. Но при решении примеров и задач данным фактом принято пренебрегать.

Для этого используют и применяют характеристику для жидкого вещества, у которого показатель плотности всегда постоянен и равен константа.

Давление — это сила, которая оказывает воздействие со стороны жидкости на единичный показатель площади.

Единица измерения показателя давления — это паскали (Па). Одна единица измерения равна значению силы равной , которая в свою очередь действует на площадь равную 1 квадратныйметр.

Закон Паскаля характеризует состояние равновесия веществ: газа и жидкости. Согласно закона Паскаля: давление, которое действует на поверхность жидкого вещества, со стороны внешних сил, всегда передается жидкостью по всем направлениям с одинаковым показателем.

Давление жидкости будет всегда иметь одинаковый показатель, если равновесие является механическим. Из этого следует, что вся свободная поверхность статической жидкости всегда будет иметь горизонтальное положение относительно плоскости. Однако, есть исключение: если жидкость соприкасается со стенками сосуда, в котором находится.

Учитывая свойство жидкости, а именно ее несжимаемость, можно сделать вывод, что показатель плотности среды нахождения жидкости не будет зависеть от величины давления.

Если рассмотреть некий сосуд или цилиндр с жидкостью, ограниченный стенками.

Обозначим основные показатели:

  • S — поперечное сечение столба жидкого вещества;
  • h — высота жидкости в цилиндре;
  • \[\boldsymbol{\rho}\] — плотность вещества.
  • P — давление, оказываемое на дно сосуда.

Из этого следует, что вес жидкости равен: \[\boldsymbol{P=pgSh}\].

Следовательно выражение \[\boldsymbol{p=\frac{P}{S}=\frac{p g S h}{S}=p g h}\]

Из данного выражения можно сделать вывод, что давление имеет свойство меняться линейно. И зависит в первую очередь от показателя высоты.

Показатель \[\boldsymbol{p g h}\] — это гидростатическое давление, его изменение и является объяснением возникновения силы Архимеда.

Закон Архимеда: формулировка и правила

Закон Архимеда является главным законом гидростатики и аэростатики. Основная формулировка закона Архимеда гласит о следующем: на тело действует выталкивающая или подъемная сила, при этом тело погружено в жидкую или газовую среду. Сила равна показателю массы объема жидкости или газового вещества, которое вытесняется некой частью тела, погруженное в жидкость или газ.

Архимедова сила возникает по следующему принципу: газовая и жидкая среда стремится занять пространство, которое отнимается погруженном в него телом, но само тело выталкивается из среды.

Из данного правила, следует второе название: выталкивающая или гидростатическая подъемная сила.

Сама же выталкивающая сила не зависит от следующих показателей:

  • форма тела;
  • состав тела;
  • прочие главные характеристики.

Архимедова сила обусловлена в первую очередь показателем разности давления среды на разных участках глубины.

К примеру: сила давления на нижний слой жидкости всегда будет выше, чем на верхний слой.

Архимедова сила может возникать только при наличии показателя тяжести.

Например: Выталкивающая сила будет иметь показатель в шесть раз выше, чем на Земле для тел, которые равны объемами.

Нет времени решать самому?

Наши эксперты помогут!

Контрольная

| от 300 ₽ |

Реферат

| от 500 ₽ |

Курсовая

| от 1 000 ₽ |

Сила Архимеда: причина возникновения

Если взять любую жидкую среду (обычная вода), и далее выделить некий произвольный объем воды в пространстве, оно должно быть обязательно с замкнутой поверхностью. Объем будет статичен, так как вся жидкость находится в положении механического равновесия. Из этого следует, что равнодействующая сила и все внешние силы, которые воздействуют на данный объем жидкости, будут иметь нулевые показатели.

Внешние силы:

  • масса ограниченного объема вещества;
  • показатель давления жидкости на внешнюю поверхность

При этом выходит, что равнодействующая сила гидростатического давления, которое испытывает поверхность, равняется массе объема жидкости. Данный объем вещества ограничен поверхностью.

Для того чтобы показатели всех внешних сил, действующих на вещество, были равны нулевому показателю, нужно чтобы равнодействующая сила была направлена вверх, и проходила через центр массы объема жидкости.

Далее представим, что в жидкость, которая ограничена поверхностью, помещено твердое тело. При соблюдении условия механического равновесия, можно сделать вывод:

  • со стороны окружающей среды значимых изменений не произойдет;
  • давление, которое действует на всю поверхность, будет иметь прежний показатель.

Теперь можно дать основное определение закону Архимеда:

Если при погружении тела в жидкость, оно будет находится в механическом равновесии, то со стороны внешней среды на него будут действовать только выталкивающая сила давления гидростатики. Которая равна массе среды в объеме, которое вытеснено на поверхность твердым телом.

Выталкивающая сила всегда направлена вверх, и проходит через центр тела.

По закону Архимеда, для выталкивающей силы выполняются следующие условия:

\[\boldsymbol{F_{A}=p g V}\], где:

  • \[V_{A}\] выталкивающая сила (Н);
  • \[\rho\] — плотность вещества (жидкость или газ), кг/м3
  • V — объем тела, который погружается в жидкую или газовую среду, м3;
  • g — ускорение свободного падения м/с2.

Выталкивающая сила, которая действует на тело, всегда имеет показатель противоположный по направлению силы тяжести. Из этого следует, что положение тела в данной среде будет зависеть от модулей силы тяжести \[\left(F_{T}\right)\] и силы Архимеда \[\left(F_{A}\right)\].

В данном случае возможны три варианта неравенства:

  • \[F_{T}>F_{A}\] — показатель силы тяжести больше, чем сила Архимеда, следовательно погруженное тело будет тонуть;
  • \[F_{T}=F_{A}\] — сила тяжести равна силе выталкивания, поэтому тело будет находиться в равновесии;
  • \[F_{T}\]