Понимание принципа Архимеда:определение, формула и реальное применение

Архимед открыл принцип плавучести, который используется в различных приложениях, в том числе на кораблях. Это позволяет им плавать, когда вес вытесненной воды равен весу корабля. Все, что имеет форму, способную вытеснять воду под собственным весом до того, как достигнет точки погружения, обязательно будет плавать.

Сегодня вы познакомитесь с определением, применением, формулой, выводом, экспериментами, примером и расчетом принципа Архимеда.

Начнем!

Из этого руководства вы узнаете о механике жидкости, ее использовании и типах!

Принцип Архимеда касается сил, приложенных к объекту окружающими его жидкостями. Эта приложенная сила уменьшает чистый вес объекта, погруженного в жидкость. Этот принцип также можно рассматривать как физический закон плавучести, который помогает нам понять, как корабли плавают в воде.

Другими словами, любой объект, полностью или частично погруженный в жидкость или жидкость, выдерживается силой, равной весу жидкости, вытесненной предметом. В этом случае принцип Архимеда позволяет рассчитать плавучесть любого плавающего объекта, частично или полностью погруженного в жидкость.

Направленная вниз сила, действующая на объект, — это то, что мы называем весом. Восходящая или выталкивающая сила, действующая на объект, — это то, что утверждал принцип Архимеда. Итак, чистая сила, действующая на объект, — это разница между величинами выталкивающей силы и его весом.

Если эта результирующая сила отрицательна, объект обязательно тонет, а если положительна, объект поднимается. Если вес объекта равен нулю, объект обладает нейтральной плавучестью; то есть он остается на месте, не опускаясь и не поднимаясь.

Проще говоря, принцип Архимеда гласит, что когда тело полностью или частично погружается в жидкость, оно испытывает кажущуюся потерю веса. Этот вес равен весу жидкости, вытесненной погруженной частью тела.

Этот принцип можно сформулировать так:восходящая выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, частично или полностью погруженное, равна весу жидкости, которую тело вытесняет, и действует в направлении вверх в центре массы вытесненной жидкости.

Применение принципа Архимеда

Ниже показано применение принципа Архимеда в различных областях:

Подводная лодка:

Применение Архимеда на подводных лодках настолько распространено из-за их связи с морем. Они смогли оставаться под водой благодаря компоненту, называемому балластной цистерной, который позволяет воде течь в нее. Это заставляет подводную лодку находиться в своем положении под водой, поскольку ее вес превышает выталкивающую силу.

Ареометр:

Для измерения относительной плотности жидкостей используют ареометр. Он сделан из свинцовой дроби, которая заставляет их плавать вертикально на жидкости. Когда ареометр опустится ниже, плотность жидкости будет меньше.

Воздушный шар:

Воздушные шары могут парить в воздухе, поскольку выталкивающая сила воздушного шара меньше, чем у окружающего воздуха. Таким образом, воздушный шар опустится, когда выталкивающая сила увеличится. Это достигается за счет изменения количества горячего воздуха в баллоне.

С помощью этого руководства вы также должны увидеть, как сила меняет состояние движения!

Формула принципа Архимеда

Как уже говорилось ранее, закон Архимеда гласит, что выталкивающая сила, действующая на объект, равна весу жидкости, вытесненной объектом. Математически это записывается как

• Fb =ρ x g x V, где
• Fb – это выталкивающая сила.
• P – плотность жидкости.
• V — затопленный объем.
• g – ускорение свободного падения.

Вывод принципа Архимеда

• Масса вытесненной жидкости равна.
• Масса =Плотность × Объем =ρ × V
• Это связано с тем, что плотность (ρ) определяется как
• Плотность, ρ =Масса/Объем =MV
• Таким образом, вес вытесненной жидкости составляет
• Вес =Масса × Ускорение свободного падения
• W =M × g =ρ × V × g
• Таким образом, исходя из принципа Архимеда, мы можем написать
• Очевидная потеря веса =вес вытесненной воды =ρ×V×g
• Таким образом, сила толчка равна
• Упор =ρ × V × g

Где:

• ρ – плотность жидкости.
• V – объем вытесненной жидкости.

Сила тяги также известна как выталкивающая сила, поскольку она отвечает за плавание объектов. Таким образом, это уравнение еще называют законом плавучести.

Решенные примеры принципа Архимеда

Вопрос 1. Вычислите результирующую силу, если стальной шарик радиусом 6 см погрузить в воду.

• Ответ:Учитывая,
• Радиус стального шарика =6 см =0,06 м.
• Объем стального шара, V =4/3πr³
• V =43π(0,063)
• ∴V =9,05 × 10 м³
• Плотность воды, ρ =1000 кг.м⁻³
• Ускорение свободного падения, g =9,8 м/с²-
• Формула из принципа Архимеда
• Fb =ρ × g × V
• Fb =(1000 кг.м⁻³) (9,8 м.с⁻²) (9,05 × 10 м³)
• ∴ Fb =8,87 Н

В2. Определите выталкивающую силу, если плавающее тело на 95% погружено в воду. Плотность воды 1000 кг/м³.

Ответ:Учитывая,

• Плотность воды, р=1000 кг.м-3
• формула из принципа Архимеда
• Fb =ρ × g × V
  или
• Vb × ρb × g =ρ × g × V

Где:

• ρ, g и V — плотность, ускорение свободного падения и объем воды.
• Vb, ρb и g — объем, плотность и ускорение, вызванное силой тяжести погруженного тела.
• Перестановка уравнения.
• ρb=VρVb
• Поскольку 95 % тела погружено в воду,
• 0,95 × Vb =V
• ∴ ρb =950 кг.м⁻³

В этом руководстве вы также должны увидеть плавучесть, ее формулу, примеры и приложения!

Заключение

Принцип Архимеда касается сил, приложенных к объекту окружающими его жидкостями. Эта приложенная сила уменьшает чистый вес объекта, погруженного в жидкость. Этот принцип также можно рассматривать как физический закон плавучести, который помогает нам понять, как корабли плавают в воде.