Archimedova sila - sila, ktorá tlačí kvapaliny zdola nahor - princíp Archimedovej
Archimedov princíp
Telá ponorené vo vode sa zdajú ľahšie ako vo vzduchu. Ak sa do vody zavedie a potom uvoľní ľahké teleso, vráti sa vysokou rýchlosťou späť na povrch vody a vznáša sa. Sila, ktorá pôsobí na telo, ktoré ho tlačí nahor, sa nazýva Archimedova sila. Príčinou tlačenia zdola nahor je hydrostatický tlak vody, ktorý má v každej hĺbke inú hodnotu. Predpokladajme, že v hĺbke kvapaliny so špecifickou hmotnosťou je valcovité teleso s výškou a prierezom S (obr. 242). Na hornú stranu tela pôsobí sila predstavovaná šípkou smerujúcou dole a na dolnú tvár fotografia predstavovaná šípkou smerujúcou nahor. Sily pôsobiace v rovnakej výške na bočnú plochu tela majú nulový výsledok. Celkovo zostáva silou pôsobiacou smerom hore, čo je presne Archimedova sila.
Pretože ide o objem tela, vedie k:
sila jeho Archimedes =objem · špecifická hmotnosť:
[kgf].
Vyššie uvedený výraz predstavuje matematickú formuláciu Archimedov princíp: Archimedova sila sa rovná váhe množstva vody vytlačenej telom.
Pretože účinkuje v opačnom smere od telesnej hmotnosti, Archimédova sila vždy spôsobuje pokles hmotnosti.
Hodnota sily Archimeda=strata váhy.
Toto chudnutie preto závisí iba od objemu ponoreného telesa, respektíve od množstva vytlačenej vody, nie od jeho hmotnosti. Zapustený olovený blok s rovnakým objemom ako kus dreva je tlačený rovnakou silou A ako tento.
Ak G je správna váha tela a A je sila Archimeda, v závislosti od hodnoty jedného pre druhého môžu nastať tri situácie:
1. G> A: telo klesá so zníženou hmotnosťou
Zníženie telesnej hmotnosti v tekutinách
Zistili sme, že váha tela úplne ponoreného do kvapaliny klesá s hodnotou Archimedovej sily. Vzhľadom na to, že v čistej vode so špecifickou hmotnosťou 1 gf/cm 3 sa tento ťah číselne rovná objemu vytlačenej vody, vedie k pohodlnej možnosti stanovenia špecifickej hmotnosti malých predmetov. Pomocou hydrostatickej rovnováhy najskôr nájdite váhu tela vo vzduchu, G, potom zaveste telo na drôt, vložte ho do vody a nájdite jeho zníženú hmotnosť, G '(obr. 243). Výsledok:
špecifická hmotnosť = [gf/cm 3]
Pretože strata hmotnosti tela závisí od konkrétnej hmotnosti kvapaliny, do ktorej je ponorená, stále máme prostriedky na veľmi presné určenie konkrétnej hmotnosti kvapalín.
Pri paži Mohrova-Vestfálska rovnováha (obr. 244) malé plávajúce sklenené telo je zavesené na platinovom drôte. Ak je telo ponorené do vody, rovnováha sa naruší. Môže byť obnovený drôteným hákom (jazdcom) zaveseným na záreze 10, tj. Špecifická hmotnosť kvapaliny je presne rovná 1. Dva ďalšie háčiky zodpovedajúce 1/10, respektíve 1/100 hmotnosti jazdca na mori, slúžia pri vyvažovaní, ak je špecifická hmotnosť iná ako 1. Poloha jazdcov na obr. 245 označuje napríklad špecifickú hmotnosť 1 035. Pred použitím musí byť váha najskôr uvedená do rovnováhy so surovou vodou. Pretože voda nemá špecifickú hmotnosť 1 pri izbovej teplote, je potrebné vykonať príslušnú korekciu pomocou listu hustoty.
Keď je Archimedova sila väčšia ako jeho telesná hmotnosť, pohybuje sa hore, kým sa na povrchu nevytvorí rovnováha medzi týmito dvoma silami. Potom telo pláva. Preto ak kus dreva plávajúci vo vode váži 650 kgf, vedie to k tomu, že objem jeho ponorenej časti musí byť 0,65 m 3 .
Plávajúca rovnováha: keď telo pláva v čistej vode, hmotnosť vytlačenej vody sa rovná vlastnej hmotnosti tela.
Tento jav sa dá ľahko dokázať. Naplňte preplnenú misku vodou. Ak sa do nej potom vloží plávajúce teleso, z nádoby sa vypustí presne toľko vody, koľko je teleso.
V prípade kvapaliny so špecifickou hmotnosťou, ak je to zrejmé z objemu ponorenej časti tela, možno posledný zákon napísať vo forme, kde:
ponorený objem/celkový objem = špecifická telesná hmotnosť/špecifická hmotnosť kvapaliny
Pomocou tohto vzťahu je možné určiť, ktorá časť plávajúceho telesa vychádza z kvapaliny.
Vychádzajúca časť môže byť vyrobená tak, aby úplne vstúpila do vody pridaním ďalšej váhy. Objem tejto časti preto predstavuje silné ložisko plávajúceho objektu, s ktorým je možné počítať v prípade úplného ponorenia objektu.
Aby vor podporil človeka vážiaceho 80 kgf, musí byť jeho časť nad vodou minimálne 80 l. Veľkosť Archimédovej sily nad túto hranicu nie je možná, pokiaľ by zaťaženie nebolo potápa sa tiež s korkovou zátkou a prispel by tak k zvýšeniu sily Archimeda.
Rovnováha vztlaku je veľmi citlivá na poruchy. Kvôli vysokej mobilite vody je nestabilná rovnováha absolútne nemožná. Telo preto nemôže byť držané na hladine v akejkoľvek polohe, ale samo sa otáča a zaujíma správnu, stabilnú, plávajúcu polohu. Pre túto pozíciu sú nesmierne dôležité dva body:
1. Váhové centrum tela (bod C aplikácie hmotnosti). V tele má pevnú polohu.
2. Tlakové centrum (bod A pôsobenia Archimedovej sily), čo je ťažisko vytlačenej kvapaliny. Elisi mení polohu podľa veľkosti a tvaru ponorenej časti.
Ak je ťažisko C pod stredom tlaku A, je plávajúca poloha v každom prípade stabilná. Malý zákrut z tejto polohy spôsobí, že sa objaví dvojica síl, ktoré telo otočia späť, až kým sa opäť nestane nulou.
Zvislá čiara spájajúca C s A je plávajúca os tela.
Ak je C presne nad A, krútiaci moment je stále nulový, existujú však dva prípady. Trochu točíme telom, vytiahneme ho z rovnovážnej polohy. Ak línia pôsobenia prechádzajúca novým stredom tlaku A 'pretína starú plávajúcu os pod C, vzniká okamih, ktorý prevráti telo (obr. 246). Preto bola rovnováha nestabilná. Ak je tento priesečník nad C, telo sa vráti do starej polohy: rovnováha bola stabilná (obr. 247). Priesečník priamky pôsobenia sily prechádzajúcej cez A 's plávajúcou osou sa volá metacentrum.
Plávajúca poloha tela je stabilná, keď je metacentrum nad jeho ťažiskom.
Všeobecne platí, že objekt pláva stabilnejšie, čím je jeho ťažisko nižšie. Plachetnice majú ťažký kýl a v prípade nebezpečenstva stroskotania lode musia byť sťažne spustené.
Na určenie plávajúcej polohy plavidiel, zvonov plynomerov a iných technických konštrukcií sú často potrebné komplikovanejšie výpočty.
Jednoduchým príkladom je rýchle stanovenie špecifickej hmotnosti kvapalín pomocou hustomery (Hustomery). Sú to sklenené trubice s balastom, ktorých horná časť vyčnieva nad hladinu kvapaliny a má stupnicu zodpovedajúcu účelu experimentu. Podľa konkrétnej hmotnosti kvapaliny sú do nej viac-menej ponorené (obr. 248). Citlivosť hustomerov je o to väčšia, že hrdlo vytekajúce z kvapaliny je v porovnaní s ponorenou časťou tenšie. Hustomery sú veľmi bežné prístroje na kontrolu hustoty kyselín, ako sú napríklad laktometre, liehové merače, sacharometre na stanovenie obsahu cukru v roztokoch.