Arhimedov zakon: definicija in formula

Znanstvena odkritja so pogosto rezultat zgolj naključja. Ampak samo ljudje z usposobljenim umom lahko cenijo pomembnost preprostega naključja in iz njega pripravijo daljnosežne sklepe. Po zaslugi verige naključnih dogodkov v fiziki se je pojavil Arhimedov zakon, ki je razlagal obnašanje teles v vodi.

Predaja

V Sirakuzah so bile narejene Arhimedove legende. Nekoč je vladar tega veličastnega mesta dvomil v poštenost svojega zlatarja. Krona, narejena za vladarja, je morala vsebovati določeno količino zlata. Preverite to dejstvo, zaupano Arhimedu.

Arhimed je ugotovil, da imajo telesa v zraku in vodi različne uteži, razlika pa je neposredno sorazmerna z gostoto telesa, ki ga merimo. Z merjenjem teže krone v zraku in v vodi in po izvedbi podobnega eksperimenta s celotnim kosom zlata je Arhimed dokazal, da je v izdelani kroni obstajala nečistoča lažje kovine. Legenda pravi, da je Arhimed to odkritje odkril v kopeli, ko je opazoval pršeno vodo. Kar se je zgodilo z nepoštenim draguljarjem, je zgodovina tiho, vendar je zaključek sirakuškega znanstvenika osnova za enega najpomembnejših fizikalnih zakonov, ki so nam znani kot Arhimedov zakon.

Besedilo

Rezultate njegovih poskusov je opisal Arhimed v svojem delu »O plavajočih telesih«, ki je na žalost dosegel naše dni le v obliki odlomkov. Sodobna fizika opisuje Arhimedov zakon kot skupno silo, ki deluje na telo, potopljeno v tekočino. Živahna sila telesa v tekočini je usmerjena navzgor; njegova absolutna vrednost je enaka teži premaknjene tekočine.

Delovanje tekočin in plinov na potopljeno telo

Vsak predmet, potopljen v tekočino, doživlja sile pritiska. Na vsaki točki telesa so te sile pravokotne na površino telesa. Če bi bile enake, bi se telo le stisnilo. Toda sile pritiska se povečajo sorazmerno z globino, zato spodnja površina telesa doživlja več stiskanja kot zgornja. Razmislite in združite vse sile, ki delujejo na telo v vodi. Nastali vektor njihove smeri bo usmerjen navzgor, telo bo izločeno iz tekočine. Velikost teh sil določa Arhimedov zakon. Plavanje teles je v celoti zasnovano na tem zakonu in na njegovih različnih posledicah. Arhimedove sile delujejo v plinih. Zahvaljujoč tem silam, ki jih potiskajo, zračne ladje in baloni letijo na nebu: zaradi premika zraka postanejo lažji od zraka.

Fizična formula

Vizualno Arhimedova sila se lahko dokaže z enostavnim tehtanjem. Tehtanje teže treninga v vakuumu, v zraku in v vodi lahko opazimo, da se njegova teža bistveno spreminja. V vakuumu je teža teže ena, v zraku - nekoliko nižja, v vodi - še nižja.

Če vzamemo telesno težo v vakuumu kot P _o , lahko njeno težo v zraku opišemo z naslednjo formulo: Р _в = Р _о - F _а;

pri čemer je P _o masa v vakuumu;

F _in - moč Arhimeda.

Kakor je razvidno iz slike, vsakršno delovanje s tehtanjem v vodi močno olajša telo, zato je treba v takšnih primerih upoštevati Arhimedovo moč.

Za zrak je ta razlika zanemarljiva, tako da je običajno masa potopljenega telesa v zraku opisana s standardno formulo.

Gostota medija in Arhimedova moč

Z analizo najenostavnejših poskusov s telesno težo v različnih okoljih lahko sklepamo, da je telesna teža v različnih okoljih odvisna od mase predmeta in gostote potopnega medija. Še več, gostota okolja, večja je Arhimedova moč. Arhimedov zakon je povezal to odvisnost in gostota tekočine ali plina se odraža v njeni končni formuli. Kaj še vpliva na to moč? Z drugimi besedami, na kakšne značilnosti je odvisen Arhimedov zakon?

Formula

Arhimedovo moč in sile, ki vplivajo nanj, je mogoče določiti s pomočjo preprostih logičnih zaključkov. Recimo, da je telo določene prostornine, potopljeno v tekočino, sestavljeno iz iste tekočine, v kateri je potopljen. Ta predpostavka ni v nasprotju z drugimi predpogoji. Navsezadnje sile, ki delujejo na telo, nikakor niso odvisne od gostote tega telesa. V tem primeru bo telo verjetno v ravnotežju, sila izmetanja pa bo kompenzirana s težo.

Tako bo ravnotežje telesa v vodi opisano takole.

Toda težnost iz stanja je enaka teži tekočine, ki jo premakne: masa tekočine je enaka zmnožku gostote in prostornine. Če zamenjate znane vrednosti, lahko ugotovite težo telesa v tekočini. Ta parameter je opisan kot ρV * g.

Če nadomestimo znane vrednosti, dobimo:

F = ρV * g.

To je Arhimedov zakon.

Formula, ki smo jo ugotovili, opisuje gostoto kot gostoto telesa, ki ga proučujemo. Toda v začetnih pogojih je bilo navedeno, da je gostota telesa enaka gostoti okolne tekočine. Tako lahko v tej formuli vrednost gostote tekočine varno nadomestite. Vizualno opazovanje, po katerem je sila potiskanja večje v gostejšem mediju, je dobilo teoretično utemeljitev.

Uporaba Arhimedovega zakona

Prvi poskusi, ki dokazujejo Arhimedov zakon, so znani iz šole. Kovinska plošča se potopi v vodo, vendar se lahko zloži v obliki škatle in se ne le zadržuje na površini, temveč tudi nosi določeno količino tovora. To pravilo je najpomembnejši zaključek Arhimedovega pravila, ki določa možnost izgradnje rečnih in morskih plovil glede na njihovo maksimalno zmogljivost (premik). Konec koncev, gostota morja in sveže vode Plovila in podmornice se morajo razlikovati zaradi razlik v tem parametru pri vstopu v ustje rek. Napačen izračun lahko povzroči katastrofo - plovilo se bo nasedlo in njegovo dvigovanje bo zahtevalo precejšnja prizadevanja.

Arhimedov zakon je potreben in podmornic. Dejstvo je, da gostota morske vode spreminja svojo vrednost glede na globino potopa. Izračun pravilne gostote omogoča podmornicam, da pravilno izračunajo zračni tlak v skrivališču, kar bo vplivalo na manevriranje potapljača in zagotovilo varno potapljanje in vzpon. Pri globokomorskem vrtanju je treba upoštevati tudi Arhimedovega zakona, saj ogromni vrtalniki izgubijo do 50% svoje teže, zaradi česar je njihov prevoz in obratovanje cenejše.