«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
Закон Архимеда. Природа выталкивающей силы
Существование гидростатического давления приводит к тому, что на любое тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила. Впервые значение этой силы в жидкостях определил на опыте Архимед. Закон Архимеда формулируется так: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу того количества жидкости или газа, которое вытеснено погруженной частью тела.
Рассмотрим теоретический вывод закона Архимеда. В сосуд (рис. 56) налита жидкость и погружено тело, имеющее форму куба. Ребро куба равно l. Верхняя грань куба находится от поверхности жидкости на глубине h, а нижняя — на глубине . На все грани куба жидкость оказывает давление. При этом силы давления, действующие на боковые грани куба, взаимно компенсируются. На верхнюю грань куба действует направленная вниз сила давления F1, модуль которой
где — плотность жидкости; S — площадь грани куба. На нижнюю грань куба действует направленная вверх сила давления F2, модуль которой
Подставив (5.6) и (5.7) в (5.8), найдем, что модуль архимедовой силы
где V — объем куба (т. е. объем жидкости, вытесненной погруженным телом); Pж — вес вытесненной жидкости. Следовательно, выталкивающая сила по модулю равна весу жидкости, вытесненной погруженной частью тела.
Архимедова сила FA приложена к телу в центре масс вытесненной телом жидкости и направлена против силы тяжести, действующей на это тело. (Необходимо помнить, что закон Архимеда справедлив только при наличии тяжести. В условиях невесомости он не выполняется.)
Поведение тела, находящегося в жидкости или газе, зависит от соотношения между модулями силы тяжести и архимедовой силы FA, которые действуют на это тело. Возможны следующие три случая:
=FA — тело плавает в жидкости или газе;
Проверка справедливости закона Архимеда для газов
Под колокол вакуумного насоса (рис. 57) помещают равноплечие весы, на которые подвешены пустотелый стеклянный шар большого объема и гиря, уравновешивающая вес этого шара в воздухе. Если откачать из-под колокола воздух, то равновесие нарушится и коромысло весов, на котором подвешен шар, опустится вниз. Объясним это явление.
Как отмечалось, вес шара в воздухе был уравновешен весом Р’г гири в воздухе, т. е. Р’ш= Р’г. Но если справедлив закон Архимеда, то и на шар, и на гирю в воздухе действуют выталкивающие силы. Поэтому вес шара в воздухе равен = — , а вес гири в воздухе Р’г= Рг-Fг, где Рг и — истинные веса гири и шара, т. е. их веса в пустоте, a Fг и Fш — архимедовы выталкивающие силы, действующие соответственно на гирю и шар.
Согласно (5.9), Fш= вgVш и Fг= вgVг, где в — плотность воздуха, Vш — объем шара, Vг — объем гири. Так как Vш >>Vг, то выталкивающая сила Fш, действующая на шар, значительно больше выталкивающей силы Vг, действующей на гирю. Поэтому наблюдаемое в воздухе равновесие шара и гири не означает одинаковости их весов в пустоте. На самом деле истинный вес шара Pш больше истинного веса гири Pг. Это сразу обнаруживается, когда из-под колокола насоса откачивают воздух. Весы выходят из равновесия, шар опускается вниз. Таким образом, данный опыт наглядно показывает справедливость закона Архимеда и для газов.
На использовании действия архимедовой силы в газах основано воздухоплавание — полеты дирижаблей, аэростатов и т. п.
Источник