Introduceți un titlu pentru pagina dvs. aici)
Experiment IIX.6: Dovada principiului arhimedic
Experiment IIX.7: diavoli de apă
Din viața de zi cu zi se știe că lichidele par să slăbească. Un exemplu simplu în acest sens este o bucată de lemn care pluteste pe apă în loc să cadă pe pământ. Acum vrem să investigăm cantitativ această proprietate a lichidelor.
Pentru aceasta, considerăm un experiment de gândire:
Un corp este scufundat într-un lichid. În general, presupunem că densitatea corpului nu este aceeași cu densitatea lichidului. Notăm densitatea corpului cu r, densitatea lichidului cu r F1 .
Datorită presiunii profunde, diferite forțe acționează asupra marginilor superioare și inferioare ale corpului. Diferența dintre cele două forțe este forța de ridicare
Dacă definim acum diferența dintre cele două înălțimi h 2 - h 1 = d
Volumul prismei este
Cu masa M a lichidului deplasat
Acest produs corespunde greutății lichidului deplasat. Acest rezultat este rezumat în principiul arhimedean. Formula derivată dintr-o prismă se aplică corpurilor de orice formă.
Acum vrem să dovedim principiul lui Arhimede prin intermediul unui experiment.
În rezumat, putem afirma că un corp pluteste pe un lichid atunci când greutatea sa este mai mică decât flotabilitatea sa. Pe de altă parte, un corp se scufundă în lichid dacă greutatea sa este mai mare decât flotabilitatea sa. Pe de altă parte, dacă forța de flotabilitate și forța de greutate sunt egale, corpul plutește în lichid. Cu afirmația principiului lui Arhimede că flotabilitatea corespunde greutății lichidului deplasat, putem face afirmații despre relațiile dintre densități.
În consecință, un corp înoată într-un lichid dacă densitatea acestuia este mai mică decât densitatea lichidului. Un corp se scufundă atunci când are o densitate mai mare decât lichidul care îl înconjoară. În limita plutitoare, densitatea lichidului și densitatea corpului sunt aceleași.
Dacă un corp înoată într-un lichid, se aplică următoarele: F A> G deci r r F1.
Dacă un corp se scufundă într-un lichid, se aplică următoarele: F A = G deci r = r F1.
Dacă un corp pluteste într-un lichid: F A> G deci r> r F1.
Un exemplu în acest sens este înotul în Marea Moartă. Spre deosebire de alte corpuri de apă, Marea Moartă are o densitate mai mare decât corpul uman. De aceea, un corp uman imobil pluteste pe Marea Moarta.
Pentru a arăta legătura dintre înotul și scufundarea unui corp și densitatea acestuia, să analizăm acum un alt experiment.
Pentru acest experiment avem nevoie de un cilindru de sticlă mare, care este închis în partea de sus cu un dop de cauciuc și o mică eprubetă. Eprubeta este umplută cu aer și introdusă în cilindrul de sticlă umplut cu apă. Eprubeta este umplută cu aer în aceeași măsură în care doar plutește. Deci știm că densitatea eprubetei corespunde densității lichidului din. Acum apăsați dopul de cauciuc. Presiunea suplimentară exercitată astfel pe suprafața apei se propagă prin apă și comprimă aerul închis în eprubetă. Acest lucru face ca nivelul lichidului din eprubetă să crească și densitatea acestuia să se schimbe. Greutatea eprubetei este acum mai mare decât forța de flotabilitate, sticla se scufundă. Dacă eliminați presiunea, aerul se extinde și sticla crește din nou.
Să ne uităm acum la corpuri plutitoare. Fiecare corp care pluteste pe suprafata apei are o pozitie specifica. Un băț scufundat vertical în apă cade. O placă care este scufundată într-o poziție verticală se află pe partea sa. Evident, fiecare corp se află într-o poziție de echilibru atunci când înoată. Să încercăm acum să analizăm această poziție de echilibru luând în considerare forțele. Câteva forțe, care constau în greutate și flotabilitate, acționează asupra corpului. La centrul de greutate al corpului, greutatea trage vertical în jos, la centrul de greutate al apei deplasate, forța de flotabilitate la fel de mare atacă și trage în sus. Știm că greutatea și flotabilitatea sunt egale. Astfel sunt date condițiile pentru câteva forțe. Un cuplu rezultă din aceste forțe. Prin urmare, ambele forțe întorc corpul.
Dacă o poziție de înot este stabilă sau instabilă, se decide cu ajutorul unui centru nou introdus, metacenterul. Dacă corpul plutitor se află în poziția sa de echilibru, centrul de greutate al corpului și centrul de greutate al lichidului deplasat sunt unul peste celălalt. Gândiți-vă la linia care leagă cele două puncte ca fiind fixată ferm de corp. Dacă corpul plutitor nu se află în poziția sa de echilibru, această conexiune este înclinată. Dacă metacenterul este deasupra centrului de greutate, atunci poziția inițială de înot este stabilă, altfel este instabilă. Cuplul acționează, corpul este transformat într-o poziție stabilă de echilibru.