Какие известные вам из жизни явления указывают на существование выталкивающей силы?
Полёт воздушного шара, плавание досок в воде, под водой легко поднять камень, который с трудом поднимаем в воздухе. Если погрузить пробку под воду и выпустить её из рук, то она всплывёт.
Для ответа на этот вопрос важно обсудить, что такое выталкивающая сила, известная также как архимедова сила, и как она связана с различными явлениями в повседневной жизни. Выталкивающая сила возникает из−за разности давления жидкости или газа с разных сторон объекта, погруженного в эту среду. Этот эффект был описан древнегреческим ученым Архимедом и сформулирован в знаменитом законе Архимеда.
Согласно закону Архимеда, на каждое тело, находящееся в жидкости или газе, действует вертикально вверх выталкивающая сила, равная весу жидкости (или газа), вытесненной этим телом. Формула для выталкивающей силы выглядит следующим образом:
F_выт. = ρ * g * V,
где:
− F_выт. — выталкивающая сила,
− ρ — плотность жидкости или газа, в которой находится тело,
− g — ускорение свободного падения,
− V — объем вытесненной жидкости или газа (равный погруженному объему тела).
Эта сила ответственна за множество явлений, которые мы наблюдаем в жизни. Вот несколько примеров:
Плавание тел в воде. Предметы, такие как лодки, корабли или даже люди, способны держаться на поверхности воды благодаря выталкивающей силе. Если выталкивающая сила превышает вес тела, оно будет всплывать на поверхность. Например, корабли изготавливаются таким образом, чтобы их средняя плотность (включая воздух внутри) была меньше плотности воды, что обеспечивает их плавучесть.
Воздушные шары и дирижабли. Воздушные шары наполняются легкими газами, такими как гелий или водород, плотность которых меньше плотности воздуха. Это позволяет шару подниматься в атмосферу, так как выталкивающая сила становится больше силы тяжести, действующей на шар.
Подъем подводных лодок. Подводные лодки регулируют свою плавучесть, заполняя или опустошая балластные цистерны водой или воздухом. Когда цистерны заполняются водой, вес подводной лодки увеличивается, и она погружается. Когда вода в цистернах заменяется воздухом, выталкивающая сила становится больше, и подлодка всплывает.
Погружение и всплытие человека. Когда человек находится в воде, его тело испытывает выталкивающую силу. Если человек наполняет легкие воздухом (увеличивая свой объем и уменьшая среднюю плотность тела), он легче удерживается на поверхности воды. Когда же легкие почти пусты, тело погружается глубже.
Плавание айсбергов. Айсберги плавают в океане из−за того, что их плотность меньше плотности морской воды. Однако большая часть айсберга остается под водой, так как выталкивающая сила компенсирует только ту часть веса, которая соответствует объему вытесненной воды.
Измерение плотности твердых тел по методу Архимеда. В лабораторных условиях можно определить плотность твердых тел, измеряя их вес в воздухе и в воде. Разница в весе возникает из−за действия выталкивающей силы, и по этим данным можно рассчитать объем и плотность тела.
Кипение воды и всплытие пузырьков. При кипении воды газовые пузырьки, образующиеся на дне посуды, поднимаются вверх, потому что их плотность меньше плотности воды. Эти пузырьки испытывают выталкивающую силу, которая превышает их вес.
Состояние невесомости для предметов в жидкости. Если объект в жидкости имеет такую же плотность, как и сама жидкость, он будет находиться в состоянии равновесия: выталкивающая сила точно компенсирует его вес. Такое состояние можно наблюдать, например, при создании "искусственных невесомых" условий в воде.
Таким образом, выталкивающая сила, действующая на тела в жидкостях и газах, объясняет множество явлений из нашей повседневной жизни и имеет важное практическое значение в физике, технике и природе.
Пожауйста, оцените решение
