Сила архимеда измеряется в: Архимедова сила — закон, формула, определение

Архимедова сила — закон, формула, определение

Покажем, как применять знание физики в жизни

Начать учиться

Легенду об открытии закона Архимеда многие знают с детства. Но на уроках физики в 7 классе этой историей не отделаешься: надо еще знать, как действует архимедова сила, в чем измеряется и как ее вычислить.

Сила: что это за величина

Прежде чем говорить о силе Архимеда, нужно понять, что это вообще такое — сила.

В повседневной жизни мы часто видим, как физические тела деформируются (меняют форму или размер), ускоряются и тормозят, падают. В общем, чего только с ними не происходит! Причина любых действий или взаимодействий тел — ее величество сила.

Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на данное тело со стороны других тел. Сила измеряется в ньютонах — единице измерения, которую назвали в честь Исаака Ньютона.

Поскольку сила — величина векторная, у нее, помимо модуля, есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В этом случае результат выражается в направлении движения.

Полезные подарки для родителей

В колесе фортуны — гарантированные призы, которые помогут наладить учебный процесс и выстроить отношения с ребёнком!

Открытие закона Архимеда

Так вышло, что закон Архимеда известен не столько своей формулировкой, сколько историей возникновения.

Легенда гласит, что царь Герон II попросил Архимеда определить, из чистого ли золота сделана его корона, при этом не причиняя вреда самой короне. То есть расплавить корону или растворить — нельзя.

Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало — нужно ведь определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита.

Рассчитать плотность металла, чтобы установить, золотая ли корона, можно по формуле плотности.

Формула плотности тела ρ = m/V ρ — плотность тела [кг/м3] m — масса тела [кг] V — объем тела [м3]

Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну — и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. Тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему.

Решение задачи было найдено и, согласно самой расхожей версии легенды, ученый закричал «Эврика!» и побежал докладывать о своей победе в царский дворец (и так торопился, что даже не оделся). 🤦🏻‍♂️

Попробуйте онлайн-курс подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в Skysmart!

Формула и определение силы Архимеда для жидкости

На поверхность твердого тела, погруженного в жидкость, действуют силы давления. Эти силы увеличиваются с глубиной погружения, и на нижнюю часть тела будет действовать со стороны жидкости большая сила, чем на верхнюю.

Равнодействующая всех сил давления, действующих на поверхность тела со стороны жидкости, называется

выталкивающей силой или силой Архимеда. Истинная причина появления выталкивающей силы — наличие различного гидростатического давления в разных точках жидкости.

Определение архимедовой силы для жидкостей звучит так:

Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, равна по модулю весу вытесненной жидкости и противоположно ему направлена.

Формула архимедовой силы для жидкости FАрх = ρжgVпогр ρж — плотность жидкости[кг/м3] Vпогр — объем погруженной части тела [м3] g — ускорение свободного падения [м/с2] На планете Земля g = 9,8 м/с 2.

А теперь давайте порешаем задачки, чтобы закрепить, как вычислить архимедову силу.

Задача 1

В сосуд погружены три железных шарика равных объемов. Одинаковы ли силы, выталкивающие шарики? Плотность жидкости вследствие ничтожно малой сжимаемости на любой глубине считать примерно одинаковой.

Решение

Да, так как объемы одинаковы, а архимедова сила зависит от объема погруженной части тела, а не от глубины.

Задача 2

На графике показана зависимость модуля силы Архимеда F_Арх, действующей на медленно погружаемый в жидкость кубик, от глубины погружения

x. Длина ребра кубика равна 10 см, его нижнее основание все время параллельно поверхности жидкости. Определите плотность жидкости. Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с².

Решение

Сила Архимеда, действующая на кубик, равна F_Арх = ρ_жgV_погр.

V_погр. — объем погруженной части кубика,

ρ_ж — плотность жидкости.

Учитывая, что нижнее основание кубика все время параллельно поверхности жидкости, можем записать:

F_Арх = ρ_жgV

погр = ρ_жga ²x

где а — длина стороны кубика.

Выразим плотность:

ρ = F_Арх / ga²x

Рассматривая любую точку данного графика, получим:

ρ = F_Архga²x = 20,25 / 10 × 7,5 × 10^-2 = 2700 кг/м³

Ответ: плотность жидкости равна 2700 кг/м ³.

Условия плавания тел

Из закона Архимеда вытекают следствия об условиях плавания тел.

 

Погружение	Плавание внутри жидкости	Плавание на поверхности жидкости
ρж < ρт Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдет на дно.	ρж = ρт Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.	ρж > ρт Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.

Почему корабли не тонут? Корабль сделан из металла, плотность которого больше плотности воды. И, по идее, он должен тонуть. Но дело в том, что корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Если корабль получит пробоину, то пространство внутри заполнится водой — следовательно, общая плотность корабля увеличится. Судно утонет. В подводных лодках есть специальные резервуары, которые заполняют водой или сжатым воздухом. Если нужно уйти на глубину — водой, если подняться — сжатым воздухом. Рыбы используют такой же принцип в плавательном пузыре — наполняют его воздухом, чтобы подняться наверх. Человеку, чтобы не утонуть, тоже достаточно набрать в легкие воздух и не двигаться — вода будет выталкивать тело на поверхность. Именно поэтому важно не тратить силы и кислород в легких на панику и борьбу, а расслабиться и позволить физическим законам сделать все за нас.

Формула и определение силы Архимеда для газов

На самом деле тут все очень похоже на жидкости. Начнем с формулировки закона Архимеда:

Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в газ, равна по модулю весу вытесненного газа и противоположно ему направлена.

Формула архимедовой силы для газов FАрх = ρгgVпогр ρг — плотность газа [кг/м3] Vпогр — объем погруженной части тела [м3] g — ускорение свободного падения [м/с2] На планете Земля g = 9,8 м/с 2.

Сила Архимеда для газов действует аналогично архимедовой силе для жидкостей. Давайте убедимся в этом, решив задачку.

Задача

Груз какой максимальной массы может удерживать воздушный шар с гелием объема 0,3 м³, находясь в атмосфере Земли? Плотность воздуха равна 1,3 кг/м ³. Гелий считать невесомым.

Решение

Подставляем значения и получаем:

F_Арх = ρ_гgV_погр = 1,3 × 10 × 0,3 = 0,39 Н

По второму закону Ньютона для инерциальных систем отсчета:

F_Арх = mg

Выражаем массу груза и подставляем значения:

m = F_Арх / g = 0,39 / 10 = 0, 039 кг = 39 кг

Ответ: груз максимальной массы 39 г может удержать данный шарик с гелием.

Когда сила Архимеда не работает

Архимедова сила не работает лишь в трех случаях:

1. Невесомость. Главное условие возникновения Архимедовой силы — это наличие веса у среды. Если мы находимся в невесомости, холодный воздух не опускается, а горячий, наоборот, не поднимается.




2. Тело плотно прилегает к поверхности. Отсутствие газа или жидкости между поверхностью и телом свидетельствует об отсутствии выталкивающей силы — телу просто неоткуда выталкиваться.




3. Растворы и смеси. Если взять спирт, плотность которого меньше плотности воды, и смешать его с водой, получится раствор. На него не будет действовать сила Архимеда, несмотря на то, что плотность спирта меньше плотности воды — он просто растворится.

Карина Хачатурян

К предыдущей статье

Насыщенный и ненасыщенный пар

К следующей статье

Мощность

Получите индивидуальный план обучения физике на бесплатном вводном уроке

На вводном уроке с методистом

1. Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению

2. Расскажем, как проходят занятия

3. Подберём курс

закон простыми словами, формула, в чем измеряется, от чего зависит, как был открыт

Вместе с преподавателем физики разбираемся, в чем измеряется и от чего зависит сила Архимеда. А в конце статьи вспомним известную легенду о том, как был открыт закон Архимеда, и узнаем, действует ли он в условиях невесомости

Борис Михеев

Автор КП

Николай Герасимов

Старший преподаватель физики в
Домашней школе «ИнтернетУрок»

Как объяснить, почему плавают огромные корабли из стали, которая тяжелее воды? Да еще и перевозят тонны грузов. Это происходит благодаря открытию, сделанному за два с лишним столетия до нашей эры изобретателем и ученым Архимедом.

История сохранила нам немного имен ученых-практиков, чьи изобретения изменили мир. Навсегда забыт гений, который придумал колесо. Но любой современный школьник назовет Архимеда, даже если знает о нем только легенду про мокрого голого философа, бежавшего по улице Сиракуз с криком: «Эврика!», то есть «Нашел!». А ведь ученый заслужил вечную благодарную память человечества благодаря многим изобретениям и открытиям:

• Теория рычага и способы его расчета. На этой основе построены боевые машины для метания тяжелых камней и «коготь Архимеда» — машина для переворачивания римских трирем;
  
• Шкив и многоступенчатый блок, полиспаст;
  
• Червячная передача;
  
• Архимедов винт и насосы, работающие на его принципе;
  
• Одометр, машина для измерения пройденного пути;
  
• «Архимедово число»: отношение длины окружности к ее диаметру
  

• Фокусировка световых лучей при помощи зеркал. По легенде, так были сожжены римские корабли, осаждавшие Сиракузы. Недавно энтузиасты провели экспериментальную проверку и удалось поджечь деревянный баркас.
  

Однако самое знаменитое открытие — закон Архимеда, основа гидростатики. Удивительно, что он был почти забыт, пока корабли строили из дерева. И только когда они стали железными, а потом стальными, инженеры осознали важность силы Архимеда и стали применять ее формулу при расчетах водных и воздушных судов.

Определение закона Архимеда простыми словами

На тело, погруженное в жидкость или газ, действует подъемная, она же выталкивающая сила (сила Архимеда), равная весу вытесненного объема жидкости или газа.

Вектор силы Архимеда направлен против направления действия силы тяжести. Следствия закона Архимеда:

• В невесомости закон Архимеда не действует.
  
• Если сила Архимеда меньше силы тяжести, то тело утонет.
  
• Если силы одинаковы по величине, тело «повисает» в окружающей среде.
  
• Если сила Архимеда больше силы тяжести, то тело всплывает, пока они не уравновесятся. В воде этот момент наступит на поверхности.
  

Принцип Архимеда. Фото: shutterstock.com

Формула силы Архимеда


Предыдущая формулировка годится только для участка цепи, где отсутствует сам источник электродвижущей силы. В реальности ток течет по замкнутому контуру, где обязательно есть батарея или генератор, имеющий собственное внутреннее сопротивление. Поэтому формула закона Ома для полной цепи выглядит несколько сложнее

Где: F_A — сила Архимеда;
ρ — плотность жидкости или газа, в которое погружают тело;
g — ускорение свободного падения, которое зависит от того, на какой планете или спутнике мы находимся. Для поверхности Земли, например, ускорение примерно равно 9,8 м/с²;
V — объем погруженной в среду части тела.

В чем измеряется сила Архимеда


Единица измерения силы Архимеда в системе СИ — ньютон (Н). 1Н = 1 кг·м/с²

Архимед и наше время

В перечне военных трофеев, взятых римлянами в Сиракузах, есть некий «Планетарий Архимеда» — механическая модель движения планет. Он не сохранился, но есть подозрение, что загадочное устройство, случайно обнаруженное в затонувшем корабле у острова Антикитера, тоже сделано золотыми руками Архимеда. Прямых доказательств этого факта нет, но уже выяснено, что время изготовления приблизительно соответствует годам жизни гениального инженера.

Популярные вопросы и ответы


Николай Герасимов, старший преподаватель по физике Домашней школы «ИнтернетУрок»:


— Сила Архимеда, она же выталкивающая сила, действует на любое тело, погруженное в жидкость или газ. Эта сила всегда пытается вытолкнуть инородное тело из жидкости или газа.


От чего зависит сила Архимеда?


— Так, например, для определения выталкивающей силы, действующей на камень, лежащий на дне озера, нужно брать весь его объем. Если же определяем силу Архимеда, действующую на мяч, плавающий по этому озеру, то нужно брать лишь объем той части, которая находится под водой. Зависимость выталкивающей силы от ускорения свободного падения позволяет сделать интересный вывод о том, что в невесомости силы Архимеда нет.

Зная, что сила Архимеда зависит от плотности жидкости, можно объяснить следующее явление: куриное яйцо, помещенное в обычную воду, утонет и будет лежать на дне банки. Но стоит добавить в эту банку насыщенный раствор поваренной соли и тем самым изменить плотность воды — и яйцо начинает всплывать.


Как был открыт закон Архимеда?


— Открытие закона Архимеда связано с интересной легендой. Древнегреческий царь Герон II приказал ювелирам изготовить золотую корону, что и было вскоре выполнено. Царь заподозрил, что ювелиры его обманули и сделали корону из электрона, сплава золота и серебра. Отличить подделку на глаз не удалось. Для проверки пригласили ученого из Сиракуз по имени Архимед. Достаточно было сравнить объем короны с объемом куска золота такой же массы.

Сложность состояла в определении объема короны, так как она была сложной формы, и вычислить объем по математическим формулам было невозможно. Долгие размышления не увенчались успехом, и Архимед решил сходить отдохнуть в баню. Именно там ученому пришла гениальная идея: погружаясь в воду, тело вытесняет ее в объеме, который равен объему погруженной части тела. «Эврика!» («Нашел!») — закричал Архимед и побежал к царю.

Сравнив объемы воды, вытесненной короной и куском золота такой же массы, он уличил ювелиров в нечестности и алчности. Так Архимедом был открыт закон, который позволяет нам объяснить, почему ходят по морям и океанам огромные корабли, изготовленные из железа, а маленькая металлическая гайка тонет.


Какой буквой обозначают силу Архимеда?


— Как и большинство сил, сила Архимеда обозначается буквой F. Это первая буква английского слова force – сила. В индексе пишут букву А или В, которые позволяют отличить силу Архимеда FA или выталкивающую силу FВ от других сил в природе.


Фото на обложке: pexels.com


Принцип Архимеда | Описание и факты

Принцип плавучести Архимеда

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Архимед

Похожие темы:

гидромеханика плавучесть смещение

Просмотреть весь связанный контент →

Популярные вопросы

Что привело Архимеда к открытию своего принципа?

Король Сиракуз Хейрон II заказал корону из чистого золота, но подумал, что мастер мог обмануть его и использовать немного серебра. Heiron попросил Архимеда выяснить, была ли корона из чистого золота. Архимед взял одну массу золота и одну массу серебра, оба по весу равны короне. Он наполнил сосуд до краев водой, положил туда серебро и нашел, сколько воды вытеснено серебром. Он снова наполнил сосуд и положил туда золото. Золото вытеснило меньше воды, чем серебро. Затем он вставил корону и обнаружил, что она вытесняет больше воды, чем золото, и поэтому смешана с серебром. Что Архимед открыл свой принцип, когда увидел, что вода в его ванне поднялась, когда он вошел, и что он выскочил голым с криком «Эврика!» («Я нашел это!») считается более поздним украшением истории.

Архимед

Узнайте больше о жизни Архимеда.

Что такое принцип Архимеда?

На тело, покоящееся в жидкости, действует выталкивающая вверх сила, называемая выталкивающей силой, которая равна весу жидкости, вытесняемой телом. Если тело полностью погружено в воду, объем вытесненной жидкости равен объему тела. Если тело погружено лишь частично, объем вытесненной жидкости равен объему погруженной части тела.

механика жидкости: принцип Архимеда

Подробнее о принципе Архимеда читайте в статье о механике жидкости.

Для чего используется закон Архимеда?

Принцип Архимеда очень полезен для вычисления объема объекта, который не имеет правильной формы. Объект необычной формы можно погрузить под воду, а объем вытесненной жидкости равен объему объекта. Его также можно использовать для расчета плотности или удельного веса объекта. Например, для объекта более плотного, чем вода, объект можно взвесить в воздухе, а затем взвесить при погружении в воду. Когда объект находится под водой, он весит меньше из-за выталкивающей силы, толкающей вверх. Тогда удельный вес объекта равен весу объекта в воздухе, деленному на то, сколько веса объект теряет при помещении в воду. Но самое главное, принцип описывает поведение любого тела в любой жидкости, будь то корабль в воде или воздушный шар в воздухе.

Корабль: Гидростатика

Узнайте, как принцип Архимеда используется при проектировании кораблей.

Какова формула выталкивающей силы?

Выталкивающая сила ( B ) равна весу ( W ) жидкости, которую вытесняет тело в этой жидкости. Вес W можно записать через плотность ( D ) жидкости как W = DVg , где V — объем вытесненной жидкости, а g — это 9,8 метра в секунду за секунду, значение ускорения от земного притяжения.

Принцип Архимеда , физический закон плавучести, открытый древнегреческим математиком и изобретателем Архимедом, согласно которому на любое тело, полностью или частично погруженное в покоящуюся жидкость (газ или жидкость), действует направленная вверх или выталкивающая сила , сила, величина которой равна весу жидкости, вытесняемой телом. Объем вытесненной жидкости эквивалентен объему объекта, полностью погруженного в жидкость, или той части объема, находящейся под поверхностью, для объекта, частично погруженного в жидкость. Вес вытесненной части жидкости эквивалентен величине выталкивающей силы. Выталкивающая сила, действующая на тело, плавающее в жидкости или газе, также по величине эквивалентна весу плавающего тела и противоположна по направлению; объект не поднимается и не опускается. Например, спущенный на воду корабль тонет в океане до тех пор, пока вес вытесненной им воды не сравняется с его собственным весом. Когда корабль загружен, он погружается глубже, вытесняя больше воды, поэтому величина выталкивающей силы постоянно соответствует весу корабля и его груза.

Объяснение плавучести, гравитации, плотности и смещения воды

Посмотреть все видео к этой статье

Если вес объекта меньше веса вытесненной жидкости, объект поднимается, как в случае с деревянным бруском, который выпущенный под поверхностью воды или наполненный гелием воздушный шар, выпущенный в воздух. Объект тяжелее, чем количество вытесненной им жидкости, хотя и тонет при освобождении, имеет кажущуюся потерю веса, равную весу вытесненной жидкости. Фактически, при некоторых точных взвешиваниях необходимо делать поправку, чтобы компенсировать эффект плавучести окружающего воздуха.

Викторина «Британника»

Викторина «Все о физике»

Выталкивающая сила, которая всегда противодействует гравитации, тем не менее вызывается гравитацией. Давление жидкости увеличивается с глубиной из-за (гравитационного) веса жидкости наверху. Это увеличивающееся давление прикладывает силу к погруженному объекту, которая увеличивается с глубиной. Результат — плавучесть.

Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и дополнена Эриком Грегерсеном.

Смещение | механика | Британика

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история
• В этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт
• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история
• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и многое другое.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.