Архимедова сила определяет выталкивающее действие жидкости на погруженное в нее тело. Ее вычисление основано на фундаментальных законах физики.
Формулировка закона Архимеда
На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила. Эта сила равна весу жидкости в объеме погруженной части тела. Направлена сила вертикально вверх. Точка приложения находится в центре тяжести вытесненного объема. Закон справедлив для любых жидкостей и газов.
Основная формула расчета
Архимедова сила вычисляется по формуле: F = ρ * g * V, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, V — объем погруженной части тела. Плотность измеряют в кг/м³, ускорение свободного падения принимают равным 9,8 м/с², объем — в м³. Результат получают в ньютонах.
Практические примеры расчета
Для тела объемом 0,1 м³, полностью погруженного в воду: F = 1000 * 9,8 * 0,1 = 980 Н. В морской воде плотностью 1030 кг/м³: F = 1030 * 9,8 * 0,1 = 1009,4 Н. Для одного литра керосина: F = 800 * 9,8 * 0,001 = 7,84 Н. Расчеты показывают зависимость выталкивающей силы от плотности жидкости.
Экспериментальное определение
Архимедову силу можно измерить опытным путем. Взвешивают тело в воздухе и в жидкости. Разность показаний равна выталкивающей силе. Используют динамометр или весы. Метод работает для любых тел независимо от их формы. Результаты эксперимента подтверждают теоретические расчеты.
Условия плавания тел
Поведение тела в жидкости зависит от соотношения сил. Если сила тяжести больше архимедовой силы, тело тонет. При равенстве сил тело плавает внутри жидкости. Когда архимедова сила превышает вес, тело всплывает. Условие плавания на поверхности: вес вытесненной жидкости равен весу тела.
Применение в технике
Закон Архимеда используют в различных областях:
- Проектирование судов и подводных аппаратов
- Создание плавучих конструкций
- Воздухоплавание и аэростатика
- Гидротехнические сооружения
- Медицинская диагностика (денситометрия)
Вычисление архимедовой силы является важным практическим навыком. Понимание этого закона помогает решать множество инженерных и научных задач.