Шлангтан суды итеретін күш. Неліктен қалқымалы күш жұмыс істейді? Газдар мен сұйықтардағы қысым қандай

Студенттер зерттеген алғашқы физикалық заңдардың бірі орта мектеп. Кем дегенде, бұл заң физикадан қаншалықты алыс болса да, кез келген ересек адамның есінде қалады. Бірақ кейде дәл анықтамалар мен тұжырымдарға оралу пайдалы - бұл заңның ұмытып кетуі мүмкін бөлшектерін түсіну.

Архимед заңы не дейді?

Ежелгі грек ғалымы өзінің әйгілі заңын шомылу кезінде ашқан деген аңыз бар. Шетіне дейін су толтырылған ыдысқа батырылған Архимед судың бір уақытта шашырағанын байқады - және жаңалықтың мәнін бірден тұжырымдап, терең түсінікке ие болды.

Сірә, іс жүзінде жағдай басқаша болды және ашылудың алдында ұзақ бақылаулар болды. Бірақ бұл соншалықты маңызды емес, өйткені кез келген жағдайда Архимед келесі үлгіні аша алды:

кез келген сұйықтыққа батырылған денелер мен заттар бірден бірнеше көп бағытты күштерді сезінеді, бірақ олардың бетіне перпендикуляр бағытталған;
бұл күштердің соңғы векторы жоғары бағытталған, сондықтан кез келген зат немесе дене тыныштықта сұйықтықта бола отырып, шығаруды бастан кешіреді;
бұл жағдайда қалқыма күші заттың көлемі мен сұйықтықтың тығыздығының көбейтіндісін ауырлық күшінің үдеуіне көбейткенде алынатын коэффициентке дәл тең болады.

Сонымен, Архимед сұйықтыққа батырылған дене дененің көлеміне тең сұйықтық көлемін ығыстыратынын анықтады. Егер сұйықтыққа дененің бір бөлігі ғана батырылса, онда ол сұйықтықты ығыстырады, оның көлемі тек батырылған бөлігінің көлеміне тең болады.

Дәл осындай үлгі газдарға да қатысты – тек осы жерде дененің көлемі газдың тығыздығымен корреляциялануы керек.

Сіз физикалық заңды тұжырымдай аласыз және сәл жеңілірек - белгілі бір затты сұйықтықтан немесе газдан итеретін күш суға батырылған кезде осы зат ығыстыратын сұйықтықтың немесе газдың салмағына дәл тең.

Заң келесі формуламен жазылған:

Архимед заңының маңызы қандай?

Ежелгі грек ғалымдары ашқан заңдылық қарапайым және толығымен айқын. Дегенмен, оның маңыздылығы Күнделікті өмірасыра бағалауға болмайды.

Денелерді сұйықтықтар мен газдармен шығаруды білудің арқасында біз өзен және теңіз кемелерін, сондай-ақ аэронавтикаға арналған дирижабльдер мен шарларды жасай аламыз. Ауыр металдан жасалған кемелер олардың конструкциясы Архимед заңын және оның көптеген салдарын ескере отырып, суға батпайды – олар су бетінде қалқып, суға батпайтындай етіп жасалған. Аэронавигациялық құралдар ұқсас принцип бойынша жұмыс істейді - олар ұшу кезінде одан жеңілірек болып, ауаның қалқымалылығын пайдаланады.

Дененің жоғары бағытталған қалқымалы күштің әсерінен сұйықтықтарға немесе газдарға батырылған кезде батпайтын құбылысын қалтқылық деп атайды. Қалқымалы күш ауырлық күшіне қарама-қарсы әрекет ететін теңестіруші күш болып табылады. Бұл жерде сұйықтықтың ғана емес, сонымен қатар газдың, тіпті металдың да әрекет ете алатынын атап өткен жөн!

Суда, су астында, ауада жүзетін заттар: кемелер, сүңгуір қайықтар және шарлар ауырлық күші мен қозғалу тепе-теңдігінің арқасында өз қозғалысын жасайды. Дәстүрлі түрде тырысамыз қарапайым тілзаттардың қалтқылық қасиетін түсіндіру үшін тығыз формулаларға батырусыз.

Архимед заңы және денелердің жүзуі

Жердегі кез келген дене тартылыс күшінің әсерінен төмен қарай құлап түседі. Бірақ, әрине, бәріміз затты суға батырған кезде оның жеңілірек болатынын байқадық. Бұл дегеніміз, заттарды сұйықтыққа батырған кезде ауырлық күшіне қарама-қарсы жоғары бағытталған, қалқымалы сипаттағы қандай да бір басқа күш әрекет ете бастайды.

Ауырлық күшіне қарсы тұратын қалқымалы күш біздің дәуірімізге дейінгі 3 ғасырда өмір сүрген атақты грек ғалымы Архимедтің құрметіне Архимед деп аталады. Архимед заңы бойынша сұйыққа батырылған кез келген денеге шамасы дене салмағына тең болатын қалқымалы күш әсер етеді.

Денені суға батыру

Алмұрттың массасы сұйықтыққа батырылған кезде өзгермейді, бірақ оның салмағы судан түсетін қалқымалы күштің мәніне қарай азаяды.

Әрі қарай, массасы 3000 кг немесе 3 тонна болатын бетонның текшесін елестетіңіз. бастап бастапқы курсфизика, біз бетон кубының салмағын (кубтың массасын еркін түсу үдеуіне h = 9,8 көбейткен) аламыз. Шамамен бұл 10-ға көбейтілген массалық мән. Демек, бетон текшесінің салмағы P = 30000N (Ньютон). Сонымен, бетонның берілген көлемін суға батырғанда, салмағы 1000 кг немесе 1 тонна су итеріледі.

Бетон кубының салмағына қарсы тұратын қалқымалы күш 10000Н. Дәл осы мән бойынша текшенің салмағы суға толығымен батырылған кезде азаяды. 30000Н-10000Н=20000Н. Бұл біз су астында сезінетін тақырыптың салмағын азайтудың бүкіл әсері. Біздің тәжірибемізден көріп отырғанымыздай, суға батыру кезінде дене салмағының үштен бірін жоғалтқан.

Қалқымалы күштің табиғаты

Кез келген сұйық ортаға батырылған денелер дәл осы ортаның барлық жағынан бағытталған қысымды бастан кешіреді және ол батқан сайын шамасы артады. Сәйкесінше, ортаның белгілі бір биіктік айырмашылығы бар денеге түсіретін қысымы дененің төменгі нүктесінде (жазықтықында) максимум, ал жоғарғы жағында минималды болады. Жоғарғы және төменгі жазықтықтағы қысым күштерінің бағыты сәйкесінше қарама-қарсы.

Бағытта қарама-қарсы осы екі күштің нәтижесі қалқымалы күш болып табылады.

Біздің бетон текшеге оралсақ, мысалы, 1 м тереңдікке батырылған, оған алты жағынан судың жағынан қысым күштері әсер етеді. бері жақтарытекшелер бірдей тереңдікте болса, нәтижесінде пайда болған күштер бір-біріне бағытталған күштерді теңестіреді. Төменгі және жоғарғы жазықтықтағы қысым күштері туралы не деуге болады? Мұнда кубтың жоғарғы жазықтығында төменге бағытталған күштің шамасы 10 000 Н, ал төменгі жазықтықта 20 000 Н күш жоғары бағытталған. Қалқымалы күш төменгі және жоғарғы күштердің арасындағы айырмашылыққа тең - 10000Н.

Дене неге жүзеді?

Кеме сияқты жүзбелі дене судың орнына өзі алатын кеңістіктен су көлемін итеріп жібереді. Сыртқа шығарылатын су көлемінің салмағы ыдыстың салмағына тең. Дененің жүзгіштігі судың қысымымен түсіндіріледі.

Көбіміз неге бірдей көлемді денелер қалқып жүрсе, басқалары қалмайды, яғни суға батады деген сұрақ туындайды. Жоғарыда айтылған судағы бетон текшесі міндетті түрде батады, бірақ ағаш текшесі суда қалады. Массасы 500 кг ағаш текшені алайық. Оның салмағы 5000 Н болды. Архимед заңы бойынша ағаш текше текше бетонмен бірдей су көлемін ығыстырады - 1 м3. Ауыстырылған судың массасы да өзгеріссіз қалады - 1000 кг немесе 1 тонна. Ағаш текшенің қалқымалы күші ағаштың салмағынан жоғары көтерілу күшімен байланысты екен. Бұл қарапайым, солай емес пе?

Бірақ жүзбелі дененің, атап айтқанда, біздің ағаш текшенің толығымен емес, тек ішінара суға батырылғаны туралы не деуге болады? Сонымен қатар, су 1000 кг-ға итеріледі және одан да аз. Бұл әсер қалқымалы күш пен дене салмағын теңестіру туралы айтады. Су асты - бұл дененің су үстіндегі дене салмағына тең қалқымалы күш жасай алатын бөлігі. Бұл күштер тепе-теңдігі дененің неліктен жүзетіні туралы сұраққа жауап береді. Егер сіз қалқымалы денеге жоғарыдан салмақ қосуды бастасаңыз, онда ығысқан сұйықтықтың көлемі оның қалқымалы күшімен өседі, ол тікелей қосылған салмақ мөлшеріне өседі. Нәтижесінде дененің су астына көбірек түсуін байқауға болады.

Сүңгуір қайық су өткізбейтін корпустан тұрады, оның астында балласты бар цистерналар орналасқан. Резервуарлар суға толғанда, қайық батып кетеді. Су астында қайық суспензияда - ол суға батпайды және жүзбейді. Көтерілу қажет болған кезде балласттық цистерналарға ауа сорылады, ол суды сыртқа ығыстырады.

Кеме бортындағы белгілер қауіпсіз навигация үшін қанша жүкті қажет ететінін көрсетеді. Кеменің суға бату дәрежесі, атап айтқанда, ол орналасқан судың тығыздығына байланысты.

Қалқымалылықтың дене тығыздығына тәуелділігі

Сонымен, қалқыма күшінің дене салмағынан үлкен немесе аз болуына байланысты оның қалқымалы қасиеті болатынын білдік.

Қалқымалы күш үлкен болса, дене жүзеді, аз болса, батады.

Дененің жүзетініне тікелей байланыс ортаның тығыздығының дәл сол ортаға (сұйық немесе газ) батырылған дененің тығыздығына қатынасы болып табылады. Біз физика курсын еске түсіреміз - дененің тығыздығы оның массасының көлемге қатынасы. Тәжірибелерімізде тығыздығы сәйкес келетін осындай заттарды қолдандық: бетон – 3000 кг/м3, ағаш – 500 кг/м3 және су 1000 кг/м3. Бірақ көбінесе металдардан жасалған, тығыздығы судың тығыздығынан айтарлықтай асып түсетін кемелер туралы не деуге болады?

Нәтижесінде, қуыс бөліктің дәл осындай ауа көлемі тығыздықтың есептелген бөлігіне кіреді. Нәтижесінде қалқымалы күштің нәтижесінде пайда болатын бөлігі дене салмағынан үлкен болады.

Ареометр - сұйықтықтың тығыздығын өлшеуге арналған құрылғы. Сұйықтықтың тығыздығы неғұрлым көп болса, соғұрлым қалқымалы күш күшейеді және құрылғының денесі соғұрлым жоғары жүзеді.

Жоғарыда айтылғандардың барлығы сұйық орталарға ғана емес, сонымен қатар газдарға да қатысты. Барлығының сүйікті шарларын алыңыз. Олар да жүзеді, бірақ тек ауада. Шардың ішіндегі қыздырғышпен қыздырылған ауаның тығыздығы төмен температурадағы қоршаған ауаға қарағанда төмен болады. Нәтижесінде шар жерден көтеріледі. Гелий деп аталатын газ толтырылған лезде ұшатын шарлардың сиқыры туралы не деуге болады? Мұнда тағы да барлық мәселе гелий мен ауа газдарының тығыздығындағы айырмашылық болып табылады. Гелийдің тығыздығы ауадан аз, сондықтан сызықтар ауадағы мерекелік іс-шараларға оңай шығады.

Бұл сабақ барысында денені сұйықтыққа батырған кезде пайда болатын қалқымалы күштің шамасы нені анықтайтыны және оған тәуелді еместігі тәжірибе жүзінде анықталады.

Ежелгі грек ғалымы Архимед (1-сурет) көптеген жаңалықтарымен танымал болды.

Күріш. 1. Архимед (б.з.д. 287-212 ж.)

Ол алғаш рет қалқыма күшін ашқан, түсіндіріп, есептей білген. Өткен сабақта бұл күш сұйықтыққа немесе газға батырылған кез келген денеге әсер ететінін білдік (2-сурет).

Күріш. 2. Архимедтің күші

Архимедтің құрметіне бұл күш Архимед күші деп те аталады. Есептеу арқылы біз бұл күшті есептеу формуласын алдық. Қосулы осы сабақОны анықтау үшін эксперименттік әдісті қолданамыз қалқымалы күш қандай факторларға тәуелді, ал қандай факторларға тәуелді емес.

Тәжірибе үшін біз әртүрлі көлемдегі денелерді, сұйықтығы бар ыдысты және динамометрді қолданамыз.

Динамометрге көлемі кішірек салмақты бекітіп, осы салмақтың салмағын алдымен ауада өлшеңіз: , содан кейін салмақты сұйықтыққа түсіріңіз: . Бұл жағдайда жүкті сұйықтыққа түсіргеннен кейін серіппелі деформацияның мәні іс жүзінде өзгермегенін көруге болады. Бұл жүкке әсер ететін қалқымалы күштің аз екенін көрсетеді.

3-сурет. Шағын көлемді жүктемемен тәжірибе

Енді біз динамометрлік серіппеге үлкенірек салмақ қосып, оны сұйықтыққа батырамыз. Серіппенің деформациясы айтарлықтай төмендегенін көреміз.

Бұл қалқымалы күштің шамасы арта түсуіне байланысты болды.

Сурет 4. Көлемі үлкен жүкпен тәжірибе

Осы тәжірибенің нәтижелері бойынша аралық қорытынды жасауға болады.

Дененің сұйықтыққа батырылған бөлігінің көлемі неғұрлым үлкен болса, соғұрлым денеге әсер ететін қалқымалы күш күшейеді.

Көлемі бірдей, бірақ әртүрлі материалдардан жасалған екі денені алайық. Бұл олардың тығыздығы әртүрлі екенін білдіреді. Біз алдымен динамометрден бір салмақты іліп, оны сұйықтыққа түсіреміз. Динамометрдің көрсеткіштерін өзгерту арқылы біз қалқымалы күшті табамыз.

Күріш. 5 Бірінші салмақпен тәжірибе жасаңыз

Содан кейін біз екінші жүктемемен бірдей операцияны орындаймыз.

Күріш. 6 Екінші салмақпен тәжірибе жасаңыз

Бірінші және екінші салмақтың салмағы әртүрлі болғанымен, сұйықтыққа батырылған кезде динамометрдің көрсеткіштері бірдей мөлшерде төмендейді.

Бұл екі жағдайда да салмақтар әртүрлі материалдардан жасалғанымен, қалқымалы күштің мәні бірдей екенін білдіреді.

Осылайша, тағы бір аралық қорытынды жасауға болады.

Қалқымалы күштің шамасы сұйықтыққа батырылған денелердің тығыздығына байланысты емес.

Біз салмақты динамометрдің серіппесіне бекітеміз және оны сұйықтыққа толығымен батырылатындай етіп суға түсіреміз. Динамометр көрсеткіштеріне назар аударыңыз. Енді сұйықтықты ыдысқа ақырындап құямыз. Біз динамометр көрсеткіштері іс жүзінде өзгермейтінін байқаймыз . Бұл қалқымалы күштің өзгермейтінін білдіреді.

Күріш. 7 Тәжірибе №3

Үшінші аралық қорытынды.

Қалқымалы күштің шамасы сұйықтыққа батырылған дененің үстіндегі сұйық бағанының биіктігіне тәуелді емес.

Салмақты динамометр серіппесіне бекітіңіз. Дене ауада болғанда динамометрдің көрсеткіштерін байқап: , денені алдымен суға батырайық: содан кейін майға: . Динамометр көрсеткіштерін өзгерту арқылы судағы денеге әсер ететін қалқымалы күш мұнайдағы сол денеге әсер ететін қалқымалы күштен үлкен екенін анықтауға болады.

Күріш. 8 Тәжірибе №4

Назар аударыңыз, судың тығыздығы тең, ал мұнайдың тығыздығы аз және тек қана. Бұл келесі қорытындыға әкеледі.

Дене батырылған сұйықтықтың тығыздығы неғұрлым көп болса, берілген сұйықтықтан денеге әсер ететін қалқымалы күш соғұрлым көп болады.

Сонымен, жүргізілген тәжірибелердің нәтижелерін қорытындылай келе, біз қалқымалы күштің шамасы туралы қорытынды жасауға болады.

байланысты:

1) сұйықтықтың тығыздығы бойынша;

2) дененің суға батқан бөлігінің көлемі бойынша;

тәуелді емес:

1) дененің тығыздығы бойынша;

2) дене пішіні бойынша;

3) сұйықтық бағанының корпус үстіндегі биіктігі бойынша;

Алынған нәтижелер алдыңғы сабақта алынған қалқымалы күштің шамасы формуласына толық сәйкес келеді:

Бұл формула, еркін түсу үдеуінен басқа, тәжірибелердің шарттарын сипаттайтын екі шаманы ғана қамтиды: сұйықтықтың тығыздығы және дененің суға батқан бөлігінің көлемі.

Әдебиеттер тізімі

Перышкин А.В. Физика. 7 ұяшық - 14-ші басылым, стереотип. - М .: Бустард, 2010 ж.
А.В. Перышкин Физика 7-сынып: оқулық. жалпы білім беруге арналған мекемелер. - 2-ші басылым, стереотип. - М.: Бустард, 2013. - 221 б.
Лукашик В.И., Иванова Е.В. Білім беру мекемелерінің 7-9 сыныптарына арналған физикадан тапсырмалар жинағы. - 17-ші басылым. - М.: Ағарту, 2004 ж.

«eduspb.com» интернет-порталы ()
«class-fizika.narod.ru» интернет-порталы ()
«krugosvet.ru» интернет-порталы ()

Үй жұмысы

Қалқымалы күш дегеніміз не? Оның формуласын жазыңыз.
Белгілі бір көлемдегі текше суға қойылды. Текшенің көлемін екі есе арттырса, оған әсер ететін қалқымалы күш қалай өзгереді?
Бірдей денелер әртүрлі сұйықтықтарға орналастырылды: біреуі майға, екіншісі суға орналастырылды. Қандай жағдайда денеге әсер ететін қалқымалы күш үлкен болады?

Сұйықтар мен газдардың қасиеттеріндегі айқын айырмашылықтарға қарамастан, көп жағдайда олардың мінез-құлқы бірдей параметрлермен және теңдеулермен анықталады, бұл осы заттардың қасиеттерін зерттеуде бірыңғай тәсілді қолдануға мүмкіндік береді.

Механикада газдар мен сұйықтықтар үздіксіз орталар ретінде қарастырылады. Заттың молекулалары алып жатқан кеңістік бөлігінде үздіксіз таралады деп болжанады. Бұл жағдайда газдың тығыздығы қысымға айтарлықтай тәуелді болады, ал сұйықтық үшін жағдай басқаша. Әдетте, есептерді шешу кезінде тығыздығы біркелкі және тұрақты болатын сығылмайтын сұйықтықтың жалпылама тұжырымдамасын қолдана отырып, бұл факт назардан тыс қалады.

Анықтама 1

Қысым сұйықтың бір жағынан $S$ бірлігіне әсер ететін $F$ қалыпты күш ретінде анықталады.

$ρ = \frac(\Delta P)(\Delta S)$.

Ескерту 1

Қысым паскальмен өлшенеді. Бір Па 1 шаршы бірлік ауданға әсер ететін 1 Н күшке тең. м.

Тепе-теңдік күйінде сұйықтықтың немесе газдың қысымы Паскаль заңымен сипатталады, оған сәйкес сыртқы күштердің әсерінен сұйықтықтың бетіндегі қысымды сұйықтық барлық бағытта бірдей береді.

Механикалық тепе-теңдікте сұйықтықтың көлденең қысымы әрқашан бірдей; демек, статикалық сұйықтықтың бос беті әрқашан көлденең болады (ыдыстың қабырғаларымен жанасу жағдайларын қоспағанда). Егер сұйықтың сығылмау шартын ескерсек, онда қарастырылатын ортаның тығыздығы қысымға тәуелді емес.

Тік цилиндрмен шектелген сұйықтықтың белгілі бір көлемін елестетіңіз. Сұйық бағанның көлденең қимасын $S$, биіктігін $h$, сұйық тығыздығын $ρ$, салмағын $P=ρgSh$ деп белгілейміз. Сонда мыналар дұрыс:

$p = \frac(P)(S) = \frac(ρgSh)(S) = ρgh$,

мұндағы $p$ – ыдыстың түбіндегі қысым.

Бұдан шығатыны, қысым биіктікке байланысты сызықтық өзгереді. Бұл жағдайда $ρgh$ – гидростатикалық қысым, оның өзгеруі Архимед күшінің пайда болуын түсіндіреді.

Архимед заңының тұжырымдалуы

Гидростатика мен аэростатиканың негізгі заңдарының бірі Архимед заңында былай делінген: сұйыққа немесе газға батырылған денеге дененің сұйық немесе газға батырылған бөлігі ығыстырған сұйық немесе газ көлемінің салмағына тең қалқымалы немесе көтеру күші әсер етеді.

Ескерту 2

Архимед күшінің пайда болуы ортаның – сұйық немесе газдың – оған батырылған дененің алып кеткен кеңістігін иеленуге бейім болуымен байланысты; дене ортадан итерілген кезде.

Демек, бұл құбылыстың екінші атауы қалтқылық немесе гидростатикалық көтерілу болып табылады.

Қалқымалы күш дененің пішініне, сондай-ақ дененің құрамына және оның басқа сипаттамаларына байланысты емес.

Архимед күшінің пайда болуы әртүрлі тереңдіктегі орта қысымының айырмашылығына байланысты. Мысалы, судың төменгі қабаттарына қысым әрқашан жоғарғы қабаттарға қарағанда жоғары.

Архимед күшінің көрінісі ауырлық күші болған жағдайда ғана мүмкін. Мысалы, Айдағы қалқымалы күш бірдей көлемдегі денелер үшін Жерге қарағанда алты есе аз болады.

Архимед күштерінің пайда болуы

Кез келген сұйық ортаны, мысалы, кәдімгі суды елестетіңіз. $S$ жабық беті бойынша ерікті су көлемін ақылмен таңдаңыз. Бүкіл сұйықтық шарт бойынша механикалық тепе-теңдікте болғандықтан, біз бөлетін көлем де статикалық. Бұл осы шектеулі көлемге әсер ететін сыртқы күштердің нәтиже және моментін қабылдайтынын білдіреді нөлдік мәндер. Сыртқы күштер бұл жағдайда судың шектеулі көлемінің салмағы және қоршаған сұйықтықтың сыртқы бетіндегі қысымы $S$ болып табылады. Бұл жағдайда, $S$ беті әсер ететін гидростатикалық қысым күштерінің нәтижелі $F$ $S$ бетімен шектелген сұйықтық көлемінің салмағына тең екені белгілі болды. Сыртқы күштердің толық моменті жойылуы үшін нәтиже $F$ жоғары бағытталуы және таңдалған сұйықтық көлемінің масса центрінен өтуі керек.

Енді біз осы шартты шектеулі сұйықтықтың орнына кез келген деп белгілейміз қаттысәйкес көлем. Механикалық тепе-теңдік шарты орындалса, бүйірден қоршаған орта$S$ бетіне әсер ететін бірдей қысымды қоса алғанда, ешқандай өзгерістер болмайды. Осылайша, біз Архимед заңының нақты тұжырымын бере аламыз:

Ескерту 3

Егер сұйықтыққа батырылған дене механикалық тепе-теңдікте болса, онда оны қоршап тұрған орта жағынан оған гидростатикалық қысымның қалқымалы күші әсер етеді, сан жағынан дене ығыстырған көлемдегі ортаның салмағына тең.

Қалқымалы күш жоғары бағытталған және дененің масса центрінен өтеді. Сонымен, Архимед заңы бойынша қалқымалы күш үшін мыналар дұрыс:

$F_A = ρgV$, мұнда:

$V_A$ - қалқымалы күш, Н;
$ρ$ - сұйық немесе газ тығыздығы, $кг/м^3$;
$V$ - ортаға батырылған дененің көлемі, $m^3$;
$g$ - еркін түсу үдеуі, $м/с^2$.

Денеге әсер ететін қалқымалы күш ауырлық күшіне қарама-қарсы бағытта болады, сондықтан ортада батырылған дененің әрекеті ауырлық $F_T$ және архимед күшінің $F_A$ модульдерінің қатынасына байланысты. Мұнда үш ықтимал жағдай бар:

$F_T$ > $F_A$. Ауырлық күші қалқымалы күштен асып түседі, демек дене батады/құлайды;
$F_T$ = $F_A$. Ауырлық күші қалқымалы күшпен теңеседі, сондықтан дене сұйықтықта «ілулі тұрады»;
$F_T$

Анықтама 1

Қысым сұйықтың бір жағынан $S$ бірлігіне әсер ететін $F$ қалыпты күш ретінде анықталады.

$ρ = \frac(\Delta P)(\Delta S)$.

Ескерту 1

Қысым паскальмен өлшенеді. Бір Па 1 шаршы бірлік ауданға әсер ететін 1 Н күшке тең. м.

$p = \frac(P)(S) = \frac(ρgSh)(S) = ρgh$,

мұндағы $p$ – ыдыстың түбіндегі қысым.

Архимед заңының тұжырымдалуы

Ескерту 2

Демек, бұл құбылыстың екінші атауы қалтқылық немесе гидростатикалық көтерілу болып табылады.

Қалқымалы күш дененің пішініне, сондай-ақ дененің құрамына және оның басқа сипаттамаларына байланысты емес.

Архимед күштерінің пайда болуы

Кез келген сұйық ортаны, мысалы, кәдімгі суды елестетіңіз. $S$ жабық беті бойынша ерікті су көлемін ақылмен таңдаңыз. Бүкіл сұйықтық шарт бойынша механикалық тепе-теңдікте болғандықтан, біз бөлетін көлем де статикалық. Бұл осы шектелген көлемге әсер ететін нәтиже мен сыртқы күштердің моменті нөлдік мәндерді қабылдайтынын білдіреді. Сыртқы күштер бұл жағдайда судың шектеулі көлемінің салмағы және қоршаған сұйықтықтың сыртқы бетіндегі қысымы $S$ болып табылады. Бұл жағдайда, $S$ беті әсер ететін гидростатикалық қысым күштерінің нәтижелі $F$ $S$ бетімен шектелген сұйықтық көлемінің салмағына тең екені белгілі болды. Сыртқы күштердің толық моменті жойылуы үшін нәтиже $F$ жоғары бағытталуы және таңдалған сұйықтық көлемінің масса центрінен өтуі керек.

Енді осы шартты шектеулі сұйықтықтың орнына ортаға сәйкес көлемдегі кез келген қатты дене орналастырылғанын белгілейміз. Егер механикалық тепе-теңдік шарты байқалса, онда қоршаған орта жағынан ешқандай өзгерістер болмайды, оның ішінде $S$ бетіне әсер ететін қысым өзгеріссіз қалады. Осылайша, біз Архимед заңының нақты тұжырымын бере аламыз:

Ескерту 3

$F_A = ρgV$, мұнда:

$V_A$ - қалқымалы күш, Н;
$ρ$ - сұйық немесе газ тығыздығы, $кг/м^3$;
$V$ - ортаға батырылған дененің көлемі, $m^3$;
$g$ - еркін түсу үдеуі, $м/с^2$.

$F_T$ > $F_A$. Ауырлық күші қалқымалы күштен асып түседі, демек дене батады/құлайды;
$F_T$ = $F_A$. Ауырлық күші қалқымалы күшпен теңеседі, сондықтан дене сұйықтықта «ілулі тұрады»;
$F_T$