De werking van vloeistof en gas op een lichaam dat daarin is ondergedompeld. Archimedische kracht - wat betekent het?

De drijvende kracht die inwerkt op een lichaam dat is ondergedompeld in een vloeistof, is gelijk aan het gewicht van de daardoor verplaatste vloeistof.

"Eureka!" ("Gevonden!") - dit is de uitroep, volgens de legende, gemaakt door de oude Griekse wetenschapper en filosoof Archimedes, die het principe van repressie ontdekte. Volgens de legende vroeg de Syracusaanse koning Heron II de denker om te bepalen of zijn kroon van puur goud was gemaakt zonder de koninklijke kroon zelf te beschadigen. Het was niet moeilijk om de kroon van Archimedes te wegen, maar dit was niet genoeg - het was nodig om het volume van de kroon te bepalen om de dichtheid te berekenen van het metaal waaruit deze was gegoten en om te bepalen of het puur goud was.

Vervolgens dook Archimedes, volgens de legende, in beslag genomen door gedachten over hoe hij het volume van de kroon moest bepalen, in het bad - en merkte plotseling dat het waterniveau in het bad was gestegen. En toen realiseerde de wetenschapper zich dat het volume van zijn lichaam een ​​gelijk volume water verplaatste, en daarom zou de kroon, als hij in een tot de rand gevuld bassin werd neergelaten, een volume water verplaatsen dat gelijk was aan zijn volume. Er werd een oplossing voor het probleem gevonden en volgens de meest voorkomende versie van de legende rende de wetenschapper naar het koninklijk paleis om zijn overwinning te melden, zonder zelfs maar de moeite te nemen om zich aan te kleden.

Wat echter waar is, is waar: het was Archimedes die het ontdekte drijfvermogen principe. Als stevig ondergedompeld in een vloeistof, zal het een vloeistofvolume verplaatsen dat gelijk is aan het volume van het lichaamsdeel dat in de vloeistof is ondergedompeld. De druk die voorheen op de verplaatste vloeistof inwerkte, zal nu inwerken op het vaste lichaam dat de vloeistof verplaatste. En als de opwaartse kracht die verticaal naar boven werkt groter blijkt te zijn dan de zwaartekracht die het lichaam verticaal naar beneden trekt, zal het lichaam drijven; anders zal het zinken (verdrinken). Spreken moderne taal Een lichaam drijft als de gemiddelde dichtheid kleiner is dan de dichtheid van de vloeistof waarin het is ondergedompeld.

Het principe van Archimedes kan worden geïnterpreteerd in termen van moleculaire kinetische theorie. In een vloeistof in rust wordt druk geproduceerd door de impact van bewegende moleculen. Wanneer een bepaald vloeistofvolume door een vast lichaam wordt verplaatst, zal de opwaartse impuls van de botsingen van moleculen niet op de door het lichaam verplaatste vloeibare moleculen vallen, maar op het lichaam zelf, wat de druk verklaart die er van onderaf op wordt uitgeoefend en de druk die het lichaam uitoefent. naar het oppervlak van de vloeistof. Als het lichaam volledig in vloeistof is ondergedompeld, zal de drijvende kracht erop blijven inwerken, aangezien de druk toeneemt met toenemende diepte, en onderste deel Het lichaam wordt onderworpen aan een grotere druk dan het bovenste, en dat is waar de drijvende kracht ontstaat. Dit is de verklaring van de drijvende kracht op moleculair niveau.

Dit duwpatroon verklaart waarom een ​​schip van staal, dat veel dichter is dan water, blijft drijven. Feit is dat het volume water dat door een schip wordt verplaatst gelijk is aan het volume staal dat in water is ondergedompeld, plus het volume lucht dat zich in de scheepsromp onder de waterlijn bevindt. Als we het gemiddelde nemen van de dichtheid van de romp en de lucht daarin, blijkt dat de dichtheid van het schip (as fysieke lichaam) is kleiner dan de dichtheid van water, dus de opwaartse kracht die erop inwerkt als gevolg van de opwaartse impulsen van de impact van watermoleculen blijkt hoger te zijn dan de aantrekkingskracht van de aarde, waardoor het schip naar de bodem wordt getrokken - en het schip drijft.

En statische gassen.

Encyclopedisch YouTube

• 1 / 5

  De wet van Archimedes is als volgt geformuleerd: op een lichaam dat is ondergedompeld in een vloeistof (of gas) wordt een drijvende kracht uitgeoefend, gelijk aan gewicht vloeistof (of gas) in het volume van het ondergedompelde deel van het lichaam. De kracht wordt genoemd door de kracht van Archimedes:

  F EEN = ​​ρ g V , (\displaystyle (F)_(A)=\rho (g)V,)

  Waar ρ (\ displaystyle \ rho)- dichtheid van vloeistof (gas), g (\ displaystyle (g)) is de versnelling van de vrije val, en V (\ displaystyle V)- het volume van het ondergedompelde deel van het lichaam (of het deel van het lichaam dat zich onder het oppervlak bevindt). Als een lichaam op het oppervlak drijft (uniform omhoog of omlaag beweegt), dan is de opwaartse kracht (ook wel de Archimedische kracht genoemd) even groot (en tegengesteld in richting) als de zwaartekracht die op het vloeistofvolume (gas) inwerkt. verplaatst door het lichaam, en wordt toegepast op het zwaartepunt van dit volume.

  Opgemerkt moet worden dat het lichaam volledig omgeven moet zijn door vloeistof (of het oppervlak van de vloeistof moet kruisen). De wet van Archimedes kan dus bijvoorbeeld niet worden toegepast op een kubus die op de bodem van een tank ligt en de bodem hermetisch raakt.

  Wat betreft een lichaam dat zich in een gas bevindt, bijvoorbeeld in de lucht, is het om de hefkracht te vinden noodzakelijk om de dichtheid van de vloeistof te vervangen door de dichtheid van het gas. Een heliumballon vliegt bijvoorbeeld omhoog omdat de dichtheid van helium kleiner is dan de dichtheid van lucht.

  De wet van Archimedes kan worden verklaard aan de hand van het verschil in hydrostatische druk aan de hand van het voorbeeld van een rechthoekig lichaam.

  P B - P EEN = ρ g h (\displaystyle P_(B)-P_(A)=\rho gh) F B - F EEN = ρ g h S = ρ g V , (\displaystyle F_(B)-F_(A)=\rho ghS=\rho gV,)

  Waar P A, P B- druk op punten A En B, ρ - vloeistofdichtheid, H- niveauverschil tussen punten A En B, S- horizontale dwarsdoorsnede van het lichaam, V- volume van het ondergedompelde deel van het lichaam.

  In de theoretische natuurkunde wordt de wet van Archimedes ook in integrale vorm gebruikt:

  F EEN = ​​∬ S p d S (\displaystyle (F)_(A)=\iint \limieten _(S)(p(dS))),

  Waar S (\ Displaystyle S) - oppervlakte, p (\ displaystyle p)- druk op een willekeurig punt, integratie vindt plaats over het gehele oppervlak van het lichaam.

  Bij afwezigheid van een zwaartekrachtveld, dat wil zeggen in een staat van gewichtloosheid, werkt de wet van Archimedes niet. Astronauten zijn redelijk bekend met dit fenomeen. Met name bij gewichtloosheid is er geen sprake van (natuurlijke) convectie, dus bijvoorbeeld luchtkoeling en ventilatie van woonruimtes ruimtevaartuig met geweld geproduceerd door fans.

  Generalisaties

  Een zekere analogie van de wet van Archimedes is ook geldig in elk krachtenveld dat verschillend inwerkt op een lichaam en op een vloeistof (gas), of in een niet-uniform veld. Dit verwijst bijvoorbeeld naar het veld van traagheidskrachten (bijvoorbeeld middelpuntvliedende kracht) - hierop is centrifugatie gebaseerd. Een voorbeeld voor een veld van niet-mechanische aard: een diamagnetisch materiaal in een vacuüm wordt verplaatst van een gebied met een magnetisch veld met een hogere intensiteit naar een gebied met een lagere intensiteit.

  Afleiding van de wet van Archimedes voor een lichaam met een willekeurige vorm

  Hydrostatische druk van vloeistof op diepte h (\ displaystyle h) Er is p = ρ g h (\displaystyle p=\rho gh). Tegelijkertijd denken we na ρ (\ displaystyle \ rho) vloeistoffen en de zwaartekrachtveldsterkte zijn constante waarden, en h (\ displaystyle h)- parameter. Laten we een lichaam nemen met een willekeurige vorm en een volume dat niet nul is. Laten we een rechts orthonormaal coördinatensysteem introduceren O X y z (\ Displaystyle Oxyz) en kies de richting van de z-as zodat deze samenvalt met de richting van de vector g → (\displaystyle (\vec (g))). We stellen nul in langs de z-as op het oppervlak van de vloeistof. Laten we een elementair gebied op het oppervlak van het lichaam selecteren d S (\displaystyle dS). Er zal op worden gereageerd door de vloeistofdrukkracht die in het lichaam wordt gericht, d F → EEN = - p d S → (\ Displaystyle d (\ vec (F)) _ (A) = -pd (\ vec (S))). Om de kracht te berekenen die op het lichaam zal inwerken, neemt u de integraal over het oppervlak:

  F → A = − ∫ S p d S → = − ∫ S ρ g h d S → = − ρ g ∫ S h d S → = ∗ − ρ g ∫ V g r a d (h) d V = ∗ ∗ − ρ g ∫ V e → z d V = - ρ g e → z ∫ V d V = (ρ g V) (- e → z) (\displaystyle (\vec (F))_(A)=-\int \limits _(S)(p \,d(\vec (S)))=-\int \limits _(S)(\rho gh\,d(\vec (S)))=-\rho g\int \limits _(S)( h\,d(\vec (S)))=^(*)-\rho g\int \limits _(V)(grad(h)\,dV)=^(**)-\rho g\int \limieten _(V)((\vec (e))_(z)dV)=-\rho g(\vec (e))_(z)\int \limieten _(V)(dV)=(\ rho gV)(-(\vec (e))_(z)))

  Wanneer we van de oppervlakte-integraal naar de volume-integraal gaan, gebruiken we de gegeneraliseerde stelling van Ostrogradsky-Gauss.

  ∗ h (x, y, z) = z;

  ∗ ∗ g r een d (h) = ∇ h = e → z (\displaystyle ()^(*)h(x,y,z)=z;\quad ^(**)grad(h)=\nabla h=( \vec (e))_(z)) We vinden dat de modulus van de Archimedeskracht gelijk is aanρ g V (\ Displaystyle \ rho gV)

  , en het is gericht in de richting tegengesteld aan de richting van de zwaartekrachtveldsterktevector. Een andere formulering (waar - ρ t (\ Displaystyle \ rho _ (t)), lichaamsdichtheidρ s (\ Displaystyle \ rho _ (s))

  - de dichtheid van het medium waarin het wordt ondergedompeld).

  Ondanks de duidelijke verschillen in de eigenschappen van vloeistoffen en gassen, wordt hun gedrag in veel gevallen bepaald door dezelfde parameters en vergelijkingen, wat het mogelijk maakt om een ​​uniforme aanpak te gebruiken bij het bestuderen van de eigenschappen van deze stoffen. In de mechanica worden gassen en vloeistoffen beschouwd als continuüms

  . Er wordt aangenomen dat de moleculen van een stof continu worden verdeeld in het deel van de ruimte dat ze innemen. In dit geval hangt de dichtheid van een gas sterk af van de druk, terwijl de situatie voor een vloeistof anders is. Meestal wordt dit feit bij het oplossen van problemen verwaarloosd, waarbij gebruik wordt gemaakt van het algemene concept van een onsamendrukbare vloeistof, waarvan de dichtheid uniform en constant is.

  Definitie 1

  Druk wordt gedefinieerd als de normaalkracht $F$ die inwerkt op het deel van de vloeistof per oppervlakte-eenheid $S$.

  $ρ = \frac(\Delta P)(\Delta S)$.

  Opmerking 1 De druk wordt gemeten in pascal. Eén Pa gelijk aan kracht

  in 1 N handelend per oppervlakte-eenheid van 1 m². M.

  Bij mechanisch evenwicht is de horizontale vloeistofdruk altijd hetzelfde; daarom is het vrije oppervlak van een statische vloeistof altijd horizontaal (behalve in geval van contact met de wanden van het vat). Als we rekening houden met de toestand van onsamendrukbaarheid van de vloeistof, is de dichtheid van het beschouwde medium niet afhankelijk van de druk.

  Laten we ons een bepaald volume vloeistof voorstellen, begrensd door een verticale cilinder. Doorsnede Laten we de vloeistofkolom aanduiden als $S$, de hoogte ervan als $h$, de vloeistofdichtheid als $ρ$ en het gewicht als $P=ρgSh$. Dan is het volgende waar:

  $p = \frac(P)(S) = \frac(ρgSh)(S) = ρgh$,

  waarbij $p$ de druk op de bodem van het vat is.

  Hieruit volgt dat de druk lineair varieert met de hoogte. In dit geval is $ρgh$ de hydrostatische druk, waarvan de verandering het ontstaan ​​van de Archimedeskracht verklaart.

  Formulering van de wet van Archimedes

  De wet van Archimedes, een van de basiswetten van de hydrostatica en aerostatica, stelt: op een lichaam dat is ondergedompeld in een vloeistof of gas, wordt een drijvende of hefkracht uitgeoefend die gelijk is aan het gewicht van het volume vloeistof of gas dat wordt verplaatst door het deel van de vloeistof of het gas. lichaam ondergedompeld in de vloeistof of het gas.

  Opmerking 2

  De opkomst van de Archimedische kracht is te wijten aan het feit dat het medium – vloeistof of gas – de neiging heeft de ruimte in te nemen die wordt ingenomen door het lichaam dat erin is ondergedompeld; in dit geval wordt het lichaam uit het medium geduwd.

  Vandaar de tweede naam voor dit fenomeen: drijfvermogen of hydrostatische lift.

  De drijfkracht is niet afhankelijk van de vorm van het lichaam, maar ook van de samenstelling van het lichaam en zijn andere kenmerken.

  De opkomst van Archimedische kracht is te wijten aan het verschil in omgevingsdruk op verschillende diepten. Zo is de druk op de onderste waterlagen altijd groter dan op de bovenste lagen.

  De manifestatie van de kracht van Archimedes is alleen mogelijk in aanwezigheid van de zwaartekracht. Op de maan zal de opwaartse kracht bijvoorbeeld zes keer minder zijn dan op aarde voor lichamen met een gelijk volume.

  De opkomst van de kracht van Archimedes

  Laten we ons er een voorstellen vloeibaar medium, Bijvoorbeeld, gewoon water. Laten we mentaal een willekeurig volume water selecteren op een gesloten oppervlak $S$. Omdat alle vloeistoffen zich in mechanisch evenwicht bevinden, is het toegewezen volume ook statisch. Dit betekent dat de resultante en het moment van externe krachten die op dit beperkte volume inwerken, nulwaarden aannemen. Externe krachten zijn in dit geval het gewicht van een beperkt volume water en de druk van de omringende vloeistof op het buitenoppervlak $S$. Het blijkt dat de resulterende kracht $F$ is hydrostatische druk, ervaren door het oppervlak $S$, is gelijk aan het gewicht van het vloeistofvolume dat werd beperkt door het oppervlak $S$. Om het totale moment van externe krachten te laten verdwijnen, moet de resulterende $F$ naar boven worden gericht en door het massamiddelpunt van het geselecteerde vloeistofvolume gaan.

  Laten we nu aangeven dat in plaats van deze voorwaardelijk beperkte vloeistof elk vast lichaam met het juiste volume in het medium werd geplaatst. Als aan de voorwaarde van mechanisch evenwicht is voldaan, dan vanaf de zijkant omgeving er zullen geen veranderingen optreden, inclusief de druk die op het oppervlak $S$ inwerkt, zal hetzelfde blijven. We kunnen dus een preciezere formulering van de wet van Archimedes geven:

  Opmerking 3

  Als een lichaam ondergedompeld in een vloeistof zich in mechanisch evenwicht bevindt, werkt de drijvende kracht van de hydrostatische druk erop vanuit de omgeving eromheen, die numeriek gelijk is aan het gewicht van het medium in het door het lichaam verplaatste volume.

  De drijvende kracht is naar boven gericht en gaat door het massamiddelpunt van het lichaam. Dus volgens de wet van Archimedes geldt voor de opwaartse kracht:

  $F_A = ρgV$, waarbij:

  • $V_A$ - drijfkracht, H;
  • $ρ$ - dichtheid van vloeistof of gas, $kg/m^3$;
  • $V$ - volume van een lichaam ondergedompeld in het medium, $m^3$;
  • $g$ - versnelling vrije val, $m/s^2$.

  De drijvende kracht die op het lichaam inwerkt, is tegengesteld aan de zwaartekracht, daarom hangt het gedrag van het ondergedompelde lichaam in het medium af van de verhouding tussen de zwaartekrachtmoduli $F_T$ en de Archimedische kracht $F_A$. Er zijn hier drie mogelijke gevallen:

  1. $F_T$ > $F_A$. De zwaartekracht overschrijdt de opwaartse kracht, waardoor het lichaam zinkt/valt;
  2. $F_T$ = $F_A$. De zwaartekracht wordt gelijkgesteld met de opwaartse kracht, zodat het lichaam in de vloeistof “hangt”;
  3. $F_T$

  De afhankelijkheid van de druk in een vloeistof of gas van de onderdompelingsdiepte van een lichaam leidt tot het verschijnen van een drijvende kracht (of anders de Archimedes-kracht), die inwerkt op elk lichaam dat is ondergedompeld in een vloeistof of gas.

  De Archimedische kracht is altijd tegengesteld gericht aan de zwaartekracht, daarom is het gewicht van een lichaam in een vloeistof of gas altijd kleiner dan het gewicht van dit lichaam in een vacuüm.

  De omvang van de Archimedische kracht wordt bepaald door de wet van Archimedes.

  

  De wet is vernoemd naar de oude Grieken wetenschapper Archimedes, die leefde in de 3e eeuw voor Christus.

  

  De ontdekking van de fundamentele wet van de hydrostatica is de grootste prestatie van de antieke wetenschap. Hoogstwaarschijnlijk ken je de legende al over hoe Archimedes zijn wet ontdekte: “Op een dag belde de Syracusaanse koning Hiero hem en zei... En wat gebeurde er daarna ...

  De wet van Archimedes werd voor het eerst door hem genoemd in zijn verhandeling 'On Floating Bodies'. Archimedes schreef: “Lichamen zwaarder dan de vloeistof, ondergedompeld in deze vloeistof, zullen zinken totdat ze de bodem bereiken, en in de vloeistof zullen ze lichter worden door het gewicht van de vloeistof in een volume gelijk aan het volume van het ondergedompelde lichaam. ”

  Een andere formule voor het bepalen van de Archimedische kracht:

  

  Het is interessant dat de kracht van Archimedes nul is wanneer een lichaam dat in een vloeistof is ondergedompeld, met de hele basis stevig tegen de bodem wordt gedrukt.

  GEWICHT VAN EEN LICHAAM DIRECT IN EEN VLOEISTOF (OF GAS)

  Lichaamsgewicht in vacuüm Po= mg.
  Als een lichaam wordt ondergedompeld in een vloeistof of gas,
  Dat P = Po - Fa = Po - Pzh

  Het gewicht van een lichaam ondergedompeld in een vloeistof of gas wordt verminderd door de hoeveelheid drijvende kracht die op het lichaam inwerkt.

  Of anders:

  Een lichaam ondergedompeld in een vloeistof of gas verliest evenveel gewicht als de vloeistof die het verplaatste weegt.

  BOEKENPLANK

  BLIJKT

  De dichtheid van organismen die in water leven, verschilt bijna niet van de dichtheid van water, dus ze hebben geen sterke skeletten nodig!

  

  Vissen regelen hun duikdiepte door te veranderen gemiddelde dichtheid van je lichaam. Om dit te doen hoeven ze alleen maar het volume van de zwemblaas te veranderen door de spieren samen te trekken of te ontspannen.

  Voor de kust van Egypte leeft een verbazingwekkende fagakvis. Het naderende gevaar dwingt de fagak om snel water in te slikken. Tegelijkertijd vindt in de slokdarm van de vis een snelle afbraak van voedselproducten plaats, waarbij een aanzienlijke hoeveelheid gassen vrijkomt. Gassen vullen niet alleen de actieve holte van de slokdarm, maar ook de blinde uitgroei die eraan vastzit. Als gevolg hiervan zwelt het lichaam van de fagak enorm op en drijft het, in overeenstemming met de wet van Archimedes, snel naar de oppervlakte van het reservoir. Hier zwemt hij, ondersteboven hangend, totdat de gassen die vrijkomen in zijn lichaam verdampen. Hierna daalt het door de zwaartekracht naar de bodem van het reservoir, waar het zijn toevlucht zoekt tussen de bodemalgen.

  

  Chilim (waterkastanje) produceert na de bloei zware vruchten onder water. Deze vruchten zijn zo zwaar dat ze de hele plant gemakkelijk naar de bodem kunnen slepen. Op dit moment verschijnen er echter bij de chilim die in diep water groeit zwellingen op de bladstelen, waardoor deze de nodige hefkracht krijgt en niet zinkt.

  Vaak wetenschappelijke ontdekkingen zijn het resultaat van eenvoudig toeval. Maar alleen mensen met een geoefende geest kunnen het belang van een simpel toeval inzien en daaruit verreikende conclusies trekken. Het was dankzij een reeks willekeurige gebeurtenissen in de natuurkunde dat de wet van Archimedes verscheen, die het gedrag van lichamen in water verklaarde.

  Traditie

  In Syracuse werden legendes gemaakt over Archimedes. Op een dag twijfelde de heerser van deze glorieuze stad aan de eerlijkheid van zijn juwelier. De kroon die voor de heerser werd gemaakt, moest een bepaalde hoeveelheid goud bevatten. Archimedes kreeg de opdracht om dit feit te controleren.

  Archimedes stelde vast dat dit in lucht- en waterlichamen voorkomt ander gewicht, en het verschil is recht evenredig met de dichtheid van het gemeten lichaam. Door het gewicht van de kroon in lucht en water te meten en een soortgelijk experiment uit te voeren met een heel stuk goud, bewees Archimedes dat er een mengsel van een lichter metaal in de vervaardigde kroon zat.

  Volgens de legende deed Archimedes deze ontdekking in de badkuip, terwijl hij keek hoe het water eruit spatte. De geschiedenis zwijgt over wat er naast de oneerlijke juwelier is gebeurd, maar de conclusie van de Syracuse-wetenschapper vormde de basis van een van de belangrijkste natuurwetten, die bij ons bekend staat als de wet van Archimedes.

  Formulering

  Archimedes presenteerde de resultaten van zijn experimenten in zijn werk 'On Floating Bodies', dat helaas tot op de dag van vandaag alleen in de vorm van fragmenten bewaard is gebleven. De moderne natuurkunde beschrijft de wet van Archimedes als een cumulatieve kracht die inwerkt op een lichaam dat in een vloeistof is ondergedompeld. De drijvende kracht van een lichaam in een vloeistof is naar boven gericht; de absolute waarde ervan is gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof.

  

  De werking van vloeistoffen en gassen op een ondergedompeld lichaam

  Elk voorwerp dat in een vloeistof wordt ondergedompeld, ervaart drukkrachten. Op elk punt op het lichaamsoppervlak zijn deze krachten loodrecht op het lichaamsoppervlak gericht. Als ze hetzelfde zouden zijn, zou het lichaam alleen compressie ervaren. Maar de drukkrachten nemen toe naarmate de diepte toeneemt, zodat het onderoppervlak van het lichaam meer compressie ondervindt dan het bovenoppervlak. Je kunt alle krachten die op een lichaam in water inwerken, overwegen en optellen. De laatste vector van hun richting zal naar boven gericht zijn en het lichaam zal uit de vloeistof worden geduwd. De omvang van deze krachten wordt bepaald door de wet van Archimedes. Het drijven van lichamen is volledig gebaseerd op deze wet en op verschillende gevolgen daarvan. Archimedische krachten werken ook in gassen. Het is dankzij deze drijfkrachten dat luchtschepen in de lucht vliegen en ballonnen: Luchtverplaatsing maakt ze lichter dan lucht.

  Fysieke formule

  De kracht van Archimedes kan duidelijk worden aangetoond door eenvoudigweg te wegen. Als je een trainingsgewicht weegt in een vacuüm, in de lucht en in water, zie je dat het gewicht aanzienlijk verandert. In een vacuüm is het gewicht van het gewicht hetzelfde, in de lucht is het iets lager en in water is het zelfs nog lager.

  

  Als we het gewicht van een lichaam in een vacuüm als P o nemen, dan kan het gewicht in de lucht worden beschreven met de volgende formule: P in = P o - Fa;

  hier P o - gewicht in vacuüm;

  Zoals uit de figuur blijkt, maken alle handelingen waarbij water wordt gewogen het lichaam aanzienlijk lichter, dus in dergelijke gevallen moet rekening worden gehouden met de kracht van Archimedes.

  Voor lucht is dit verschil verwaarloosbaar, dus meestal het gewicht van een lichaam dat erin is ondergedompeld lucht omgeving, wordt beschreven door de standaardformule.

  Dichtheid van het medium en de kracht van Archimedes

  Door de eenvoudigste experimenten met lichaamsgewicht in verschillende omgevingen te analyseren, kunnen we tot de conclusie komen dat het gewicht van een lichaam in verschillende omgevingen afhangt van de massa van het object en de dichtheid van de onderdompelingsomgeving. Bovendien geldt: hoe dichter het medium, hoe groter de kracht van Archimedes. De wet van Archimedes bracht deze relatie in verband en de dichtheid van een vloeistof of gas wordt weerspiegeld in de uiteindelijke formule. Wat beïnvloedt nog meer deze kracht? Met andere woorden: van welke kenmerken hangt de wet van Archimedes af?

  Formule

  De Archimedische kracht en de krachten die deze beïnvloeden, kunnen worden bepaald met behulp van eenvoudige logische gevolgtrekkingen. Laten we aannemen dat een lichaam met een bepaald volume, ondergedompeld in een vloeistof, bestaat uit dezelfde vloeistof waarin het is ondergedompeld. Deze veronderstelling is niet in tegenspraak met andere premissen. De krachten die op een lichaam inwerken, zijn immers op geen enkele wijze afhankelijk van de dichtheid van dit lichaam. In dit geval zal het lichaam hoogstwaarschijnlijk in evenwicht zijn en zal de opwaartse kracht worden gecompenseerd door de zwaartekracht.

  Het evenwicht van een lichaam in water zal dus als volgt worden beschreven.

  Maar de zwaartekracht is, gezien de toestand, gelijk aan het gewicht van de vloeistof die deze verplaatst: de massa van de vloeistof is gelijk aan het product van dichtheid en volume. Door bekende hoeveelheden te vervangen, kunt u het gewicht van een lichaam in een vloeistof achterhalen. Deze parameter wordt beschreven als ρV * g.

  Als we de bekende waarden vervangen, krijgen we:

  Dit is de wet van Archimedes.

  De formule die we hebben afgeleid beschrijft de dichtheid als de dichtheid van het onderzochte lichaam. Maar in de beginomstandigheden werd aangegeven dat de dichtheid van het lichaam identiek is aan de dichtheid van de omringende vloeistof. Dus, binnen deze formule U kunt de dichtheidswaarde van de vloeistof veilig vervangen. De visuele waarneming dat in een dichter medium de opwaartse kracht groter is, heeft theoretische rechtvaardiging gekregen.

  Toepassing van de wet van Archimedes

  De eerste experimenten die de wet van Archimedes aantonen, zijn al sinds de schooltijd bekend. Een metalen plaat zinkt in water, maar opgevouwen tot een doos kan hij niet alleen blijven drijven, maar ook een bepaalde lading dragen. Deze regel is de belangrijkste conclusie uit de regel van Archimedes: hij bepaalt de mogelijkheid om rivier- en zeeschepen te bouwen, rekening houdend met hun maximale capaciteit (waterverplaatsing). De dichtheid van zee- en zoetwater is immers verschillend, en schepen en onderzeeërs moeten bij het binnenvaren van riviermondingen rekening houden met veranderingen in deze parameter. Een onjuiste berekening kan tot een ramp leiden: het schip zal vastlopen en er zullen aanzienlijke inspanningen nodig zijn om het op te halen.

  

  De wet van Archimedes is ook noodzakelijk voor onderzeeërs. Feit is dat de dichtheid van zeewater van waarde verandert afhankelijk van de onderdompelingsdiepte. Een correcte berekening van de dichtheid stelt onderzeeërs in staat de luchtdruk in het pak correct te berekenen, wat de manoeuvreerbaarheid van de duiker zal beïnvloeden en zijn veilige duiken en opstijgen zal garanderen. Bij diepzeeboringen moet ook rekening gehouden worden met de wet van Archimedes;