Формула веса в воде в физике

Архимедова сила: что это такое и как действует

Рассказываем, почему железные корабли не тонут, а воздушные шары летают, что такое «эврика» и при чём здесь Дональд Дак.

5ae47db9e8c2bb9e584b8208 wall clock

Его личность окутана легендами, порой весьма забавными. С одной из них мы и начнём нашу статью.

«Эврика!» Открытие закона Архимеда

Однажды царь Сиракуз Гиерон II обратился к Архимеду с просьбой установить, действительно ли его корона выполнена из чистого золота, как утверждал ювелир. Правитель подозревал, что мастер прикарманил часть драгоценного металла и частично заменил его серебром.

В те времена не существовало способов определить химический состав металлического сплава. Задача поставила учёного в тупик. Размышляя над ней, он отправился в баню и лёг в ванну, до краёв наполненную водой. Когда часть воды вылилась наружу, на Архимеда снизошло озарение. Такое, что учёный голышом выскочил на улицу и закричал «Эврика!», что по-древнегречески означает «Нашёл!».

60b7631e33792aeb8f8f2962 podtyani shkolnyi predmet

Он предположил, что вес вытесненной воды был равен весу его тела, и оказался прав. Явившись к царю, он попросил принести золотой слиток, равный по весу короне, и опустить оба предмета в наполненные до краёв резервуары с водой. Корона вытеснила больше воды, чем слиток. При одной и той же массе объём короны оказался больше, чем объём слитка, а значит, она обладала меньшей плотностью, чем золото. Выходит, царь правильно подозревал своего ювелира.

Так был открыт принцип, который теперь мы называем законом Архимеда:

На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела.

Эта выталкивающая сила и называется силой Архимеда.

Формула силы Архимеда

На любой объект, погружённый в воду, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Таким образом, вес объекта, погружённого в воду, будет отличаться от его веса в воздухе в меньшую сторону. Разница будет равна весу вытесненной воды.

Чем больше плотность среды — тем меньше вес. Именно поэтому погрузившись в воду, мы можем легко поднять другого человека.

Выталкивающая сила зависит от трёх факторов:

6033aa5e6017a7f9e13de5d8 screenshot drive.google.com 2021.02.17 17 04 45

Сопоставив эти данные, получаем формулу:

6033acdafef1e57d4b210103 arhi%20(1)

Как действует сила Архимеда

Поскольку сила Архимеда, действующая на тело, зависит от объёма его погружённой части и плотности среды, в которой оно находится, можно рассчитать, как поведёт себя то или иное тело в определённой жидкости или газе.

6033abb9a468b273ad99d539 %D0%A3%D0%9F%D0%A2

Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.

Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.

Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдёт на дно.

Сила Архимеда в жидкости: почему корабли не тонут

Корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Но если корабль получит пробоину и пространство внутри заполнится водой, то общая плотность судна увеличится, и оно утонет.

В подводных лодках существуют специальные резервуары, заполняемые водой или сжатым воздухом в зависимости от того, нужно ли уйти на глубину или подняться ближе к поверхности. Тот же самый принцип используют рыбы, наполняя воздухом специальный орган — плавательный пузырь.

На тело, плотно прилегающее ко дну, выталкивающая сила не действует. Это учитывают при подъёме затонувших кораблей. Сначала судно слегка приподнимают, позволяя воде проникнуть под него. Тогда давление воды начинает действовать на корабль снизу.

Но чтобы поднять корабль на поверхность, необходимо уменьшить его плотность. Разумеется, воздух в получившем пробоину корпусе не удержится. Поэтому его заполняют каким-нибудь лёгким веществом, например, шариками пенополистирола.

Примечательно, что эта идея впервые пришла в голову не учёным, а авторам диснеевского комикса, в котором Дональд Дак таким образом поднимает со дна яхту Скруджа Макдака. Датский инженер Карл Кройер (Karl Krøyer), впервые применивший метод на практике, по собственному признанию вдохновлялся «Утиными историями».

6033ac1ca2bc67897f65d10e screenshot pbs.twimg.com 2021.02.16 23 19 56

Сила Архимеда в газах: почему летают дирижабли

В воздухе архимедова сила действует так же, как в жидкости. Но поскольку плотность воздуха обычно намного меньше, чем плотность окружённых им предметов, выталкивающая сила оказывается ничтожно мала.

Впрочем, есть исключения. Воздушный шарик, наполненный гелием, стремится вверх именно потому, что плотность гелия ниже, чем плотность воздуха. А если наполнить шар обычным воздухом — он упадёт на землю. Плотность воздуха в нём будет такая же, как у воздуха снаружи, но более высокая плотность резины обеспечит падение шарика.

Этот принцип используется в аэростатах — воздушные шары и дирижабли наполняют гелием или горячим воздухом (чем горячее воздух, тем ниже его плотность), чтобы подняться, и снижают концентрацию гелия (или температуру воздуха), чтобы спуститься. На них действует та же выталкивающая сила, что и на подводные лодки. Именно поэтому перемещения на аэростатах называют воздухоплаванием.

Источник

Формула веса в воде

Предположим на дне водоема находится некий объект, который нам необходимо поднять на поверхность. Для расчета толщины металлического троса необходимо знать массу этого объекта. Как можно измерить массу объекта находящегося на дне водоема?

Измерить массу тела находящегося на дне водоёма нельзя, её можно только рассчитать. Для этого надо опустить на дно водолаза или батискаф,определить форму тела и произвести измерения его размеров, отрезать небольшой кусок тела, поднять его на поверхность и определить его плотность ρ в кг/дм3, подсчитать, исходя из размеров и формы, объём тела V в дм3. Тогда массу тела m можно рассчитать по формуле m=ρ*V кг.

На данной странице калькулятор поможет найти плотность, массу или объем вещества онлайн. Для расчета введите значения в калькулятор.

Объем, масса и плотность

Формула для нахождения массы тела через плотность и объем:

Формула для нахождения объема тела через плотность и массу:

Формула для нахождения плотности тела через объем и массу:

17385659e4397cb798ba94a19f762ee8

По словам твоей Учительницы, нужно залесть в ванну и что-то сделать.

Ну я например не знаю объём моего тела, по-этому обьём своего тела можно определить следующим образом.

Закон Архимеда: объём вытесненой жидкости, при погружении в него тела, равна вошедшему объёму. Например: наполнив ванну до краёв водой, залезя в неё, сколько воды вытекло из ванны (объём этой воды), равен объёму твоего тела.

Источник

Статика. Закон Архимеда.

Закон Архимеда — закон статики жидкостей и газов, согласно которому на всякое тело, пог­руженное в жидкость (или газ), действует со стороны этой жидкости (или газа) выталкивающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости (газа) и направленная по вертикали вверх.

Этот закон был открыт древнегреческим ученым Архимедом в III в. до н. э. Свои исследования Архимед описал в трактате «О плавающих телах», который считается одним из последних его научных трудов.

Ниже приведены выводы, следующие из закона Архимеда.

Если погрузить в воду мячик, наполненный воздухом, и отпустить его, то он всплывет. То же самое произойдет со щепкой, с пробкой и многими другими телами. Какая же сила заставляет их всплывать?

На тело, погруженное в воду, со всех сторон действуют силы давления воды (рис. а). В каж­дой точке тела эти силы направлены перпендикулярно его поверхности. Если бы все эти силы были одинаковы, тело испытывало бы лишь всестороннее сжатие. Но на разных глубинах гидростати­ческое давление различно: оно возрастает с увеличением глубины. Поэтому силы давления, приложенные к нижним участкам тела, оказываются больше сил давления, действующих иа тело сверху.

Если заменить все силы давления, приложенные к погруженному в воду телу, одной (резуль­тирующей или равнодействующей) силой, оказывающей на тело то же самое действие, что и все эти отдельные силы вместе, то результирующая сила будет направлена вверх. Это и заставляет тело всплывать. Эта сила называется выталкивающей силой, или архимедовой силой (по имени Архимеда, который впервые указал на ее существование и установил, от чего она зависит). На рисунке б она обозначена как FA.

533599558ab8e8e427f0.26448871

Архимедова (выталкивающая) сила действует на тело не только в воде, но и в любой другой жидкости, т. к. в любой жидкости существует гидростатическое давление, разное на разных глу­бинах. Эта сила действует и в газах, благодаря чему летают воздушные шары и дирижабли.

Благодаря выталкивающей силе вес любого тела, находящегося в воде (или в любой другой жидкости), оказывается меньше, чем в воздухе, а в воздухе меньше, чем в безвоздушном про­странстве. В этом легко убедиться, взвесив гирю с помощью учебного пружинного динамометра сначала в воздухе, а затем опустив ее в сосуд с водой.

Уменьшение веса происходит и при переносе тела из вакуума в воздух (или какой-либо другой газ).

Если вес тела в вакууме (например, в сосуде, из которого откачан воздух) равен P0, то его вес в воздухе равен:

34675558ab94cc44ff4.44368427,

где A — архимедова сила, действующая на данное тело в воздухе. Для большинства тел эта сила ничтожно мала и ею можно пренебречь, т. е. можно считать, что Pвозд.=P0=mg.

Вес тела в жидкости уменьшается значительно сильнее, чем в воздухе. Если вес тела в воздухе Pвозд.=P0, то вес тела в жидкости равен Pжидк = Р0 — FA. Здесь FA — архимедова сила, действующая в жидкости. Отсюда следует, что

956447558ab9701979b9.47357003

Поэтому чтобы найти архимедову силу, действующую на тело в какой-либо жидкости, нужно это тело взвесить в воздухе и в жидкости. Разность полученных значений и будет архимедовой (выталкивающей) силой.

Другими словами, учитывая формулу (1.32), можно сказать:

Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости, вытесненной этим телом.

Определить архимедову силу можно также теоретически. Для этого предположим, что тело, погруженное в жидкость, состоит из той же жидкости, в которую оно погружено. Мы имеем пра­во это предположить, так как силы давления, действующие на тело, погруженное в жидкость, не зависят от вещества, из которого оно сделано. Тогда приложенная к такому телу архимедова сила FA будет уравновешена действующей вниз силой тяжести mжg (где mж — масса жидкости в объеме данного тела):

451397558ab99d09d1d6.06089768.

Но сила тяжести равна весу вытесненной жидкости Рж. Таким образом.

197087558ab9c97a80b4.14415222.

Учитывая, что масса жидкости равна произведению ее плотности ρж на объем, формулу (1.33) можно записать в виде:

72621558ab9f1d4f698.18964597

где Vж — объем вытесненной жидкости. Этот объем равен объему той части тела, которая погру­жена в жидкость. Если тело погружено в жидкость целиком, то он совпадает с объемом V всего тела; если же тело погружено в жидкость частично, то объем Vж вытесненной жидкости меньше объема V тела (рис. 1.39).

Формула (1.33) справедлива и для архимедовой силы, действующей в газе. Только в этом слу­чае в нее следует подставлять плотность газа и объем вытесненного газа, а не жидкости.

291391558aba22832181.09953870

С учетом вышеизложенного закон Архимеда можно сформулировать так:

На всякое тело, погруженное в покоящуюся жидкость (или газ), действует со стороны этой жидкости (или газа) выталкивающая сила, равная произведению плотности жидкости (или га­за), ускорения свободного падения и объема той части тела, которая погружена в жидкость (или газ).

Источник

Архимедова сила

теория по физике 🧲 гидростатика

Архимедова сила (выталкивающая сила, подъемная сила) — сила, с которой жидкость или газ выталкивают погруженное в них тело.

image1 36

Закон Архимеда

Выталкивающая сила равна весу вытесненной жидкости.

Частные случаи определения архимедовой силы

Полное погружение

image2 26

Архимедова сила равна произведению плотности жидкости, объема тела и ускорения свободного падения:

Vт — объем погруженного в жидкость тела.

Неполное погружение

image3 27

Архимедова сила равна произведению плотности жидкости, объема погруженной части тела и ускорения свободного падения:

Vп.ч. — объем погруженной в жидкость части тела.

Внимание! Если тело погружено в газ, то в формуле нужно использовать плотность этого газа.

Пример №1. При взвешивании груза в воздухе показание динамометра равно 1 Н. При опускании груза в воду показание динамометра уменьшается до 0,6 Н. Найдите значение выталкивающей силы.

Выталкивающая сила равна разности веса тела в воздухе и веса тело в воде. Следовательно:

Воздухоплавание

image4 24

Подъемной силой воздушного шара служит архимедова сила, равная:

Подъемной силе противостоят сила тяжести и сила сопротивления воздуха:

Управление шаром:

Выталкивающая сила зависит только от плотности окружающей среды и объема погруженного в него тела. Так как аэростат погружен в воздух полностью:

Архимедова сила и законы Ньютона

Если тело полностью погружено в жидкость (или газ):

Частный случай

Определить минимальную массу груза, который следует положить на плоскую однородную льдину площадью S, чтобы она полностью погрузилась в воду. Толщина льдины h, а плотность льда ρл, плотность воды ρв.

image5 20

Второй закон Ньютона в векторной форме для льдины, полностью погруженной в воду (она не тонет и не всплывает):

Так как эти силы направлены в противоположные стороны:

Архимедова сила, действующая только на льдину, равна:

Сила тяжести равна сумме масс льдины и груза:

Массу льдины можно выразить через произведение ее плотности на объем, равные произведению ее площади на толщину:

12 000 куб. см = 0,012 куб. м

Чтобы поднять под водой камень, потребуется сила, равная разности силе тяжести и архимедовой силы, действующей на этот камень:

Условия плавания тел

На любое тело, погруженное в жидкость или газ, действуют две противоположно направленные силы: сила тяжести и архимедова сила. Направление движения тела зависит от того, какая из этих сил больше по модулю:

Если тело плавает на поверхности:

Варианты условий задач на условия плавания тел

Сплошное тело объемом Vт плавает в воде. Причем под водой находится 3/4 его объема. Определите силу тяжести, действующую на тело. Плотность воды ρв.

image6 17

Второй закон Ньютона в векторной форме:

Отсюда (проекция на вертикальную ось):

Какая часть (в процентах) айсберга находится под водой? Плотность льда ρл, а воды ρв.

Второй закон Ньютона в векторной форме:

Отсюда (проекция на вертикальную ось):

Ускорение свободного падения взаимоуничтожается. Чтобы найти погруженную часть айсберга в процентах, нужно:

Найденное отношение остается умножить на 100%.

Полое тело плотностью ρтплавает в воде, погрузившись на 1/5 своего объема. Найдите объем полости Vп, если объем тела Vт, а плотность воды ρв.

Второй закон Ньютона в векторной форме:

Отсюда (проекция на вертикальную ось):

Преобразовав выражение, получим:

Пример №4. Кубик массой 40 г и объемом 250 см 3 плавает на поверхности воды. Найдите значение выталкивающей силы, действующей на кубик.

250 см 3 = 250∙10 –6 м 3

Так как тело плавает, Архимедова сила будет равна по модулю силе тяжести, которая определяется формулой:

Screenshot 2 3Деревянный шарик плавает в стакане с водой. Как изменятся сила тяжести и архимедова сила, действующие на шарик, если он будет плавать в подсолнечном масле?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Алгоритм решения

Решение

По условию задачи деревянный шарик плавает на поверхности воды. Но это возможно, лишь когда архимедова сила равна силе тяжести:

Если шарик будет плавать в подсолнечном масле, также можно применить условие плавания тел:

Сила тяжести зависит только от массы тела, которая остается неизменной. Поэтому сила тяжести тоже не меняется. Но из этого следует:

Это возможно благодаря тому, что объем погруженной части шарика в масло будет больше объема погруженной части шарика в воду. Этим компенсируется разница в плотностях жидкостей, но архимедова сила при этом остается неизменной.

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

№ «>№ установки Жидкость, налитая в ёмкость Объём шарика Материал, из которого сделан шарик
1 вода 30 см 3 сталь
2 вода 20 см 3 дерево
3 керосин 20 см 3 дерево
4 подсолнечное масло 30 см 3 сталь

Алгоритм решения

Решение

Ученик изучает силу Архимеда, действующую на тела, полностью погружённые в жидкость. В формулировке слово «жидкость» используется в единственном числе. Следовательно, жидкость во всех опытах будет одной и той же (плотность жидкости будет постоянной). У ученика уже есть установка, в которую входит емкость с водой. Поэтому во второй установке в качестве жидкости тоже должна использоваться вода. Варианты 3 и 4 исключаются.

В формулировки задачи также говорится о «телах». Они могут быть выполнены из разных материалов, и они могут иметь разный объем. Но известно, что архимедова сила зависит только от объема тела. Поэтому во второй установке нужно использовать тело другого объема. В вариантах 1 и 2 этому условию соответствует деревянный шарик объемом 20 куб. см (так как в первой установке используется шарик объемом 30 куб. см).

Отсюда верный ответ: б.

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Необходимо экспериментально изучить зависимость силы Архимеда, действующей на тело, погружённое в жидкость, от плотности жидкости.

Какие две установки следует использовать для проведения такого исследования?

%D1%84

Алгоритм решения

Решение

В опыте нужно изучить зависимость силы Архимеда, действующей на тело, погружённое в жидкость, от плотности жидкости. Это значит, что плотность жидкости — величина переменная. Все остальные величины при этом должны оставаться постоянным. Поэтому нам нужны установки с разными жидкостями, но одинаковыми телами. Этому условию соответствуют две установки: «а» и «д».

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

image1 39На границе раздела двух несмешивающихся жидкостей, имеющих плотности ρ1 = 400 кг/м 3 и ρ2 = 2ρ1, плавает шарик (см. рисунок). Какой должна быть плотность шарика ρ, чтобы выше границы раздела жидкостей была одна четверть его объёма?

Источник

Формула веса в воде в физике

Как известно, закон Архимеда появился на свет 250 лет до н. э. и сформулирован он был так:

«Когда тело полностью или частично погружается в воду, то происходит кажущаяся потеря веса, равная весу вытесненной воды, т. е. тело испытывает выталкивающее действие воды с силой, равной весу вытесненной жидкости».

Ошибка Архимеда заключается в том, что тело погруженное в воду имеет не кажущуюся потерю веса, а уменьшается в действительности вес тела. Это изменение веса тела можно измерить с помощью пружинных весов.

wage2

Тоесть в воздухе тело имеет один вес ( P 1 ), в воде, это же тело, имеет другой вес ( P 2 ).

Разница в весе тела в воздухе и в воде может быть вычислена по предложенному Архимедом определению. Эта разница равна весу вытесненной телом воды.

Таким образом правильная формулировка закона Архимеда будет такой:

Если тело, взвешенное пружинными весами в воздухе, погрузить в воду, то вес его уменьшится, что можно заметить, по показанию тех же самых весов. Разница, между весом тела в воздухе и весом тела в воде, может быть найдена математически, если объем погруженной в воду части тела умножить на удельный вес воды, вытесненной телом.

Заслуга Архимеда была в том, что он предложил методом математических вычислений определять вес тела в воде по известному значению веса тела в воздухе и наоборот.

Однако, как таковой, выталкивающей силы, в природе не существует.

Закон Архимеда был настолько прост, и имел настолько большое практическое значение в жизни людей, что люди безоговорочно приняли его на веру и повторяют по сей день.

Во времена Паскаля, действие закона Архимеда было распространено и на газы, причем без каких либо изменений.

Учитывая, что вес легких газов может иметь отрицательное значение ( Удельный вес воздуха ), а вес воздуха в воздухе равен нулю, правильная, полная формулировка закона Архимеда, распространенная и на газы, должна быть следующей:

Если тело(вещество) взвешанное в воздухе погрузить в жидкость (газ), то вес его уменьшится или увеличится (исключением является вес воздуха в воздухе, он равен нулю).

Эта разница равна объему погруженной в жидкость (вещество) части тела умноженному на удельный вес вещества, вытесненного данным телом (веществом).

Сторонники классической физики пытаются утверждать, что на тело, обладающее определенным весом, действует еще и выталкивающая сила Архимеда. Это в корне неверно! Однако в школе это преподают и по сей день.

Естественно, что это приводит к нестыковкам (парадоксам) в теоретической физике.

Очень наглядно такой парадокс прсматривается в классической задаче рассмотренной

Вес тела это результирующая всех сил, которые действуют на тело (вещество), когда оно находится в состоянии покоя относительно земли. Поэтому на вес тела не может действовать выталкивающая сила Архимеда, если бы даже она и существовала в действительности.

Источник

Комфорт
Adblock
detector