Какое физическое явление открыл Архимед?

В III веке до н.э. великий греческий ученый Архимед открыл фундаментальное физическое явление, которое впоследствии было названо его именем - закон Архимеда. Этот закон, также известный как закон гидростатики и аэростатики, описывает явление, которое происходит при погружении тела в жидкость или газ.

В III веке до н.э. великий греческий ученый Архимед открыл фундаментальное физическое явление, которое впоследствии было названо его именем - закон Архимеда. Этот закон, также известный как закон гидростатики и аэростатики, описывает явление, которое происходит при погружении тела в жидкость или газ.

Описание закона Архимеда

Согласно закону Архимеда, на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, которая численно равна весу объема жидкости или газа, вытесненного телом. Эта выталкивающая сила также известна как архимедова сила или гидростатическая подъемная сила.

Выталкивающая сила направлена вверх и противоположна силе тяжести. Она прикладывается к центру тяжести объема, вытесняемого телом из жидкости или газа.

Если тело плавает или равномерно движется вверх или вниз, то выталкивающая сила по модулю равна силе тяжести, действующей на вытесненный телом объем жидкости или газа.

Применение закона Архимеда

Закон Архимеда имеет широкое применение в различных областях науки и техники. Он является основой для понимания и объяснения ряда физических явлений.

Например, закон Архимеда объясняет принцип плавучести. Если твердое тело погружается в жидкость, оно вытесняет объем жидкости, равный объему погруженной в жидкость части тела. Если сила выталкивания превышает силу тяжести, тело будет плавать; если сила тяжести преобладает, тело будет тонуть.

Закон Архимеда также объясняет принцип работы аэростатов, таких как воздушные шары. Воздушный шар наполнен газом, плотность которого меньше плотности окружающего воздуха. Поэтому выталкивающая сила, действующая на шар, превышает силу тяжести, и шар поднимается вверх.

Молекулярно-кинетическое объяснение закона Архимеда

Закон Архимеда можно объяснить с помощью молекулярно-кинетической теории. В покоящейся жидкости давление создается ударами движущихся молекул. Когда твердое тело вытесняет жидкость, направленный вверх импульс ударов молекул будет приходиться на само тело, что и вызывает выталкивающую силу.

Если тело полностью погружено в жидкость, выталкивающая сила все равно будет действовать на него. Это объясняется тем, что давление нарастает с увеличением глубины, и нижняя часть тела подвергается большему давлению, чем верхняя.

Примеры применения закона Архимеда

Примером применения закона Архимеда является плавание судов. Судно имеет большой объем, который вытесняет воду, и поэтому на него действует выталкивающая сила, позволяющая судну плавать на поверхности воды.

Еще одним примером является работа подводных лодок. Подводная лодка может изменять свою плотность, увеличивая или уменьшая объем воды, вытесняемый ее корпусом. Это позволяет лодке погружаться и всплывать в воде.

Заключение

Открытие закона Архимеда было значимым вкладом в развитие физики и науки в целом. Этот закон позволил лучше понять и объяснить физические явления, связанные с плаванием и погружением тел в жидкости и газы. Закон Архимеда имеет широкое применение в различных областях, от судостроения до аэронавтики, и продолжает быть актуальным исследовательским объектом для ученых.

Что нам скажет Википедия?

Зако́н Архиме́да — закон гидростатики и аэростатики: на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, численно равная весу объёма жидкости или газа, вытесненного телом. Закон открыт Архимедом в III веке до н. э. Выталкивающая сила также называется архимедовой силой или гидростатической подъёмной силой (её не следует путать с аэро- и гидродинамической подъёмной силой, возникающей при обтекании тела потоком газа или жидкости).

Так как сила Архимеда обусловлена силой тяжести, то в невесомости она не действует.

В соответствии с законом Архимеда для выталкивающей силы выполняется:

Выталкивающая или подъёмная сила по направлению противоположна силе тяжести, прикладывается к центру тяжести объёма, вытесняемого телом из жидкости или газа.

Если тело плавает (см. плавание тел) или равномерно движется вверх или вниз, то выталкивающая или подъёмная сила по модулю равна силе тяжести, действующей на вытесненный телом объём жидкости или газа.

Например, воздушный шарик объёмом V, наполненный гелием, летит вверх из-за того, что плотность гелия (ρHe) меньше плотности воздуха (ρair).

Закон Архимеда можно объяснить при помощи разности гидростатических давлений на примере прямоугольного тела, погруженного в жидкость или газ. В силу симметрии прямоугольного тела, силы давления, действующие на боковые грани тела, уравновешиваются. Давление (PA) и сила давления (FA), действующие на верхнюю грань тела, равны:

Давление (PB) и сила давления (FB), действующие на нижнюю грань тела, равны:

Сила давления жидкости или газа на тело определяется разностью сил FB и FA:

Разница давлений:

В отсутствие гравитационного поля, то есть в состоянии невесомости, закон Архимеда не работает. Космонавты с этим явлением знакомы достаточно хорошо. В частности, в невесомости отсутствует явление (естественной) конвекции, поэтому, например, воздушное охлаждение и вентиляцию жилых отсеков космических аппаратов необходимо производить принудительно вентиляторами.

Некий аналог закона Архимеда справедлив также в любом поле сил, которое по-разному действуют на тело и на жидкость (газ), либо в неоднородном поле. Например, это относится к полю сил инерции (например, к полю центробежной силы) — на этом основано центрифугирование. Пример для поля немеханической природы: диамагнетик в вакууме вытесняется из области магнитного поля большей интенсивности в область с меньшей.