Какова природа Архимедовой силы? Есть ли исследования в этом вопросе?
Причина возникновения этой силы чисто энергетическая. Пусть, например, цилиндр с площадью сечения S увеличит глубину погружения с глубины h на глубину h+dh.
При этом вытесняется объём воды V=S*dh, за счёт чего чуть-чуть поднялся уровень её в сосуде. Работа по подъёму этого объёма воды на высоту h есть A=rgh*S*dh.
Здесь r — плотность воды. Но работа A=F*dh, где F — та сила, которая и производит эту работу. Она и есть выталкивающая сила Архимеда:
F=A/dh=rghS. Т. е. F равна весу вытесненной воды.
Зачем же такое громкое слово — «исследования». Предмет слишком прост, чтобы его «исследовать». Архимедова сила — это обычное вытеснение. Перемешай мелкий песок с горстью дроби и горстью пенопластовой крошки. И потряси банку. Дробь окажется на дне, а пенпласт — поверх песка. Это ТОЖЕ архимедова сила, которая работает, как видишь, даже в твердых телах. Более плотные вещества стремятся занять позицию пониже, и попросту вытесняют соперников наверх — за счет массы своей. Поэтому дробь вытеснила песок с дна банки, а песок, в свою очередь, вытеснил из себя пенопласт.
Просто в жидкости это явление проявляется без помощи вибрации и т. п. стимуляторов, т. к. молекулы жидкости и сами по себе достаточной подвижностью обладают. Втискиваются под кусок доски, и доска вынуждена подниматься, потому что молекулы воды тяжелее молекул доски 🙂
Собственно, архимедова сила — это обычные весы, сравнивающие вес разных объектов — только без рычагов и чашек, а прямо в непосредственном контакте между этими объектами. Весы! Что тут «исследовать»-то?
Источник
«Природа» силы Архимеда? Почему какое-либо тело всплывает?
Сил ведь в природе существуют всего 4 — электромагнитные, гравитационные, ядерные и силы превращения элементарных частиц (или что-то в этом роде). В свою очередь электромагнитные делятся еще на несколько — сила упругости, трения и, вроде бы, взаимодействие тел (силы при соударении). К какому из этих пунктов относится архимедова сила?
Меня с 7-го класса учили, что Fарх=РоgV.
И, при всём моем уважении к Перышкину, но там какое-то совершенное странное объяснение возникновения Архимедовой силы. Изначально говорилось, что если взять высокий параллелепипед и погрузить его в воду, то гидростатич. давление на дне параллелепипеда будет больше, чем давление сверху, следовательно разница давлений и выталкивает тело наружу. Но это ведь глупо, если мы возьмем пластиковую дощечку (или что-нибудь, что имеет очень маленькую плотность и при этом является плоским) и погрузим в воду, то это тело все равно всплывет.
Следующее объяснение банально следовало из опыта, формула выводилась оттуда же, но всё же опыт — не объяснение. Я просто не могу понять из-за чего тело с меньшей плотностью всплывает, почему это происходит? Уверен, чтобы ответить на этот вопрос необходимо рассматривать это явление не с точки зрения механики, а углубиться глубже и рассматривать с точки зрения молекулярки.
Так вот, помогите пожалуйста разобраться, что происходит с телом, чья плотность больше чем плотность воды с точки зрения МКТ. Почему оно всплывает?
Это проявление силы гравитации. Более тяжёлые предметы стремятся к центру притяжения сильнее, чем менее тяжёлые. Жидкость лишь позволяет им двигаться в ней свободно — как по маслу ;). Поэтому более плотные жидкости будут стремиться ко дну, а лёгкие всплывут. То же и с газами и твёрдыми телами. Просто твёрдым телам иногда мешают силы трения и т. п.
Да, действительно, скорее всего так. Спасибо. Читал на Вики, что на околоземной орбите в невесомости силы Архимеда как таковой не наблюдается.
Но с другой стороны — а откуда тогда взялся объем — ?Ведь если возьмем железный шарик, массой 2 кг — он утонет, но если мы этот шарик переплавим и сделаем его практически полым изнутри и с огромный объемом, то он будет уже всплывать, хотя масса осталась прежней.
Почему так?
Andrey Ivanov Знаток (329) То же происходит и с пузырьком воздуха в жидкости. Плотность меньше, значит окружающая эту сферу жидкость испытывает большее притяжение к центру масс. В невесомости без внешних воздействий жидкости собираются в шар — наиболее плотные предметы или жидкости будут находится в центре масс или стремиться к нему. Представьте жидкость как совокупность мелких шариков с очень низким трением между ними. Самый тяжёлый шарик погрузится в центр, а полые всплывут на поверхность, вытесняемые более плотными шариками.
Andrey Ivanov Знаток (329) Если он будет герметичным, а тем более без воздуха внутри, то его плотность будет ещё меньше, чем у окружающей жидкости.
«Более тяжёлые предметы стремятся к центру притяжения сильнее, чем менее тяжёлые.»
Вроде бы «тяжелые» и «менее тяжелые» предметы падают к центру с одинаковым ускорением. если бы не вода.
Вода просто по разному их удерживает.
Поэтому природа архимедовой силы не гравитационная.
Andrey Ivanov Знаток (329) Где удерживает? Вы её разумом наделяет? Или есть сомнения что более плотные вещества тонут в воде, а лёгкие всплывают именно под воздействием гравитации? Вода как более плотное вещество по сравнению с деревом просто стремится занять положение с наименьшей потенциальной энергией и если в этом месте находится кусок дерева, то она вытесняет его, так как является более плотной субстанцией. Без гравитации дерево бы оставалось на месте, да и кирпич бы не потонул 😉
Это примерно то же самое, что и вес, только опора — жидкость или газ. А вес — это частный случай электромагнитных сил.
Если взять двух чашечные весы и на одну чашку положить предмет, а на вторую ёмкость с водой, объемом равному объему предмета, то как в какую сторону будет двигаться чашка, тоже самое будет происходить и при погружении предмета в воду.
Если перевесит емкость с водой, значит предмет всплывет, если перевесит чаша с предметом, значит предмет утонет при погружении в воду.
При погружении тела в воду происходит тот же самый процесс, если вытесненная вода тяжелее тела, то тело выталкивается, если вытесненная вода легче, то тело тонет.
Дальше следует непереводимая игра слов и всего остального
Про чашки это из анекдота какого-то вероятнее всего ?
сила Архимеда — побочный продукт силы гравитации. в газе и жидкости чем ниже — тем больше давление, нижние слои сжимаются так, что удерживают вес верхних. То есть там молекулы расположны плотнее, стукают соседей чаще. Окунаем тело — сверху молекул меньше, стукают реже, в сумме это дает силу, направленную вверх.
Сила Архимеда — прямое следствие закона Паскаля о том, что давление жидкости или газа прямо пропорционально глубине и действует по всем направлениям одинаково.
Данное Вами объяснение совершенно справедливо. Какой бы малой ни была толщина, если предмет обладает объемом, то на его части, расположенные ниже, действует большее давление. Если толщина мала, то и объем мал, но он все равно есть. При малом объеме мал будет и вес, и выталкивающая сила — пропорционально малы.
А природа ее — гравитационная.
Источник