Wat is het zweven van lichamen in de natuurkunde? De wet van Archimedes

En statische gassen.

Encyclopedisch YouTube

1 / 5
De wet van Archimedes is als volgt geformuleerd: op een lichaam dat is ondergedompeld in een vloeistof (of gas) wordt een drijvende kracht uitgeoefend die gelijk is aan het gewicht van de vloeistof (of het gas) in het volume van het ondergedompelde deel van het lichaam. De kracht wordt genoemd door de kracht van Archimedes:
F EEN = ρ g V , (\displaystyle (F)_(A)=\rho (g)V,)
Waar ρ (\ displaystyle \ rho)- dichtheid van vloeistof (gas), g (\ displaystyle (g)) is de versnelling van de vrije val, en V (\ Displaystyle V)- het volume van het ondergedompelde deel van het lichaam (of het deel van het lichaamsvolume dat zich onder het oppervlak bevindt). Als een lichaam op het oppervlak drijft (uniform omhoog of omlaag beweegt), dan is de opwaartse kracht (ook wel de Archimedische kracht genoemd) even groot (en tegengesteld in richting) als de zwaartekracht die op het vloeistofvolume (gas) inwerkt. verplaatst door het lichaam, en wordt toegepast op het zwaartepunt van dit volume.

Opgemerkt moet worden dat het lichaam volledig omgeven moet zijn door vloeistof (of het oppervlak van de vloeistof moet kruisen). De wet van Archimedes kan dus bijvoorbeeld niet worden toegepast op een kubus die op de bodem van een tank ligt en de bodem hermetisch raakt.
Wat betreft een lichaam dat zich in een gas bevindt, bijvoorbeeld in de lucht, is het om de hefkracht te vinden noodzakelijk om de dichtheid van de vloeistof te vervangen door de dichtheid van het gas. Een heliumballon vliegt bijvoorbeeld omhoog omdat de dichtheid van helium kleiner is dan de dichtheid van lucht.
De wet van Archimedes kan worden verklaard aan de hand van het verschil in hydrostatische druk aan de hand van het voorbeeld van een rechthoekig lichaam.
P B - P EEN = ρ g h (\displaystyle P_(B)-P_(A)=\rho gh) F B - F EEN = ρ g h S = ρ g V , (\displaystyle F_(B)-F_(A)=\rho ghS=\rho gV,)
Waar P A, P B- druk op punten A En B, ρ - vloeistofdichtheid, H- niveauverschil tussen punten A En B, S- horizontale dwarsdoorsnede van het lichaam, V- volume van het ondergedompelde deel van het lichaam.
In de theoretische natuurkunde wordt de wet van Archimedes ook in integrale vorm gebruikt:
F EEN = ∬ S p d S (\displaystyle (F)_(A)=\iint \limieten _(S)(p(dS))),
Waar S (\ Displaystyle S)- oppervlakte, p (\ displaystyle p)- druk op een willekeurig punt, integratie vindt plaats over het gehele oppervlak van het lichaam.
Bij afwezigheid van een zwaartekrachtveld, dat wil zeggen in een staat van gewichtloosheid, werkt de wet van Archimedes niet. Astronauten zijn redelijk bekend met dit fenomeen. In het bijzonder is er bij gewichtsloosheid geen fenomeen van (natuurlijke) convectie, daarom wordt de luchtkoeling en ventilatie van de woonruimtes van ruimtevaartuigen bijvoorbeeld met geweld uitgevoerd door ventilatoren.

Generalisaties

Een zekere analogie van de wet van Archimedes is ook geldig in elk krachtenveld dat verschillend inwerkt op een lichaam en op een vloeistof (gas), of in een niet-uniform veld. Dit verwijst bijvoorbeeld naar het veld van traagheidskrachten (bijvoorbeeld middelpuntvliedende kracht) - hierop is centrifugatie gebaseerd. Een voorbeeld voor een veld van niet-mechanische aard: een diamagnetisch materiaal in een vacuüm wordt verplaatst van een gebied met een magnetisch veld met een hogere intensiteit naar een gebied met een lagere intensiteit.

Afleiding van de wet van Archimedes voor een lichaam met een willekeurige vorm

Hydrostatische druk van vloeistof op diepte h (\ displaystyle h) Er bestaat p = ρ g h (\displaystyle p=\rho gh). Tegelijkertijd denken we na ρ (\ displaystyle \ rho) vloeistoffen en de zwaartekrachtveldsterkte zijn constante waarden, en h (\ displaystyle h)- parameter. Laten we een lichaam nemen met een willekeurige vorm en een volume dat niet nul is. Laten we een rechts orthonormaal coördinatensysteem introduceren O X y z (\ Displaystyle Oxyz) en kies de richting van de z-as zodat deze samenvalt met de richting van de vector g → (\displaystyle (\vec (g))). We stellen nul in langs de z-as op het oppervlak van de vloeistof. Laten we een elementair gebied op het oppervlak van het lichaam selecteren d S (\displaystyle dS). Er wordt op gereageerd door de vloeistofdrukkracht die in het lichaam wordt gericht, d F → EEN = - p d S → (\ Displaystyle d (\ vec (F)) _ (A) = -pd (\ vec (S))). Om de kracht te berekenen die op het lichaam zal inwerken, neemt u de integraal over het oppervlak:
F → A = − ∫ S p d S → = − ∫ S ρ g h d S → = − ρ g ∫ S h d S → = ∗ − ρ g ∫ V g r a d (h) d V = ∗ ∗ − ρ g ∫ V e → z d V = - ρ g e → z ∫ V d V = (ρ g V) (- e → z) (\displaystyle (\vec (F))_(A)=-\int \limieten _(S)(p \,d(\vec (S)))=-\int \limits _(S)(\rho gh\,d(\vec (S)))=-\rho g\int \limits _(S)( h\,d(\vec (S)))=^(*)-\rho g\int \limits _(V)(grad(h)\,dV)=^(**)-\rho g\int \limieten _(V)((\vec (e))_(z)dV)=-\rho g(\vec (e))_(z)\int \limieten _(V)(dV)=(\ rho gV)(-(\vec (e))_(z)))
Wanneer we van de oppervlakte-integraal naar de volume-integraal gaan, gebruiken we de gegeneraliseerde stelling van Ostrogradsky-Gauss.
∗ h (x, y, z) = z; ∗ ∗ g r een d (h) = ∇ h = e → z (\displaystyle ()^(*)h(x,y,z)=z;\quad ^(**)grad(h)=\nabla h=( \vec (e))_(z))
We vinden dat de modulus van de Archimedeskracht gelijk is aan ρ g V (\ Displaystyle \ rho gV), en het is gericht in de richting tegengesteld aan de richting van de zwaartekrachtveldsterktevector.

Een andere formulering (waar ρ t (\ Displaystyle \ rho _ (t))- lichaamsdichtheid, ρ s (\ Displaystyle \ rho _ (s))- dichtheid van het medium waarin het is ondergedompeld).

Zeilomstandigheden

Doel van de les: het verduidelijken van de voorwaarden voor het drijven van lichamen, afhankelijk van de dichtheid van materie en vloeistof.

Leerzaam:
Leerzaam:
Docenten:
Benodigdheden voor de les:

Reageerbuis met stop, aardappelbal, plasticine, water, verzadigde zoutoplossing, vat, rollenbank, weegschaal met gewichten

1. Inleiding. Kennis actualiseren.

Vandaag begint een leerling uit uw klas met de les. Laten we dus goed luisteren

De tong van de blauwe vinvis weegt 3 ton, zijn lever weegt 1 ton, zijn hart weegt 600-700 kg, zijn bloed weegt 10 ton, de diameter van zijn dorsale slagader is 40 cm en zijn maag bevat 1-2 ton voedsel; walvismond - kamer met een oppervlakte van 24 m2. IN aan land gegooid, sterft vrijwel onmiddellijk.

In de Stille Oceaan leeft een interessante plant - dit is macrocystis. De lengte bereikt 57 meter en het gewicht is 100 kilogram. Deze alg wordt blaaswier genoemd. Bij elke bladschijf bevindt zich een bel ter grootte van een grote appel. De schaal is dik, je prikt er niet in! Het wordt stevig opgeblazen, stevig met een soort gas dat de algen zelf produceren. Deze plant is erg nuttig.

L varkens en eenden, zwaar en onhandig aan de kust, Maar zo licht en sierlijk in het water.

G een schip van ijzer zinkt, maar een schip van ijzer blijft drijven

2. Formuleer het onderwerp van de les???

Zeilomstandigheden

Lesdoelen:
3. Ervaring:

– Ik heb verschillende blokken en ballen van hetzelfde volume in mijn handen. Zullen de drijfkrachten van deze lichamen hetzelfde zijn als ze in water worden ondergedompeld? (dezelfde)

- Laten we proberen ze in het water te stoppen. Wat zien we? Sommige lichamen verdronken, andere bleven drijven. Waarom? Waar hielden we nog meer geen rekening mee als we het hadden over het onderdompelen van lichamen in vloeistof?

Conclusie uit ervaring:

Dit betekent dat of een lichaam zinkt of niet, niet alleen afhangt van de kracht van Archimedes, maar ook van de zwaartekracht.

4. Laten we het materiaal van de vorige les herhalen

Welke kracht wordt Archimedische kracht genoemd?

Van welke hoeveelheden is dit afhankelijk?

Welke formule wordt gebruikt om dit te berekenen?

Hoe kun je anders de drijfkracht bepalen?

In welke eenheden wordt het gemeten?

Hoe wordt de Archimedische kracht gericht?

Hoe de zwaartekracht te bepalen

Wat is de richting van de zwaartekracht?

Wat is de resulterende kracht?

Hoe wordt de resultante gevonden van twee krachten die langs één rechte lijn in één richting zijn gericht? In verschillende richtingen?

Hoe zal een lichaam zich gedragen onder invloed van twee gelijke maar tegengesteld gerichte krachten?

5. Presentatie van nieuw materiaal. Primaire consolidatie.

Laten we naar verschillende situaties kijken

(Ft >FA) (Ft =FA) (Ft< FА)

Laten we aannames maken (hypothese)

als de zwaartekracht groter is dan de kracht van Archimedes (Ft > FA) -- Het lichaam zinkt

als de zwaartekracht gelijk is aan de kracht van Archimedes (Ft = FA) – Het lichaam zweeft,

als de zwaartekracht kleiner is dan de kracht van Archimedes (Ft< FА) ---Тело всплывает

De aanname moet experimenteel worden getest.

Voordat je verschillende lichamen en apparaten bent.

Welke materialen moeten worden gebruikt om onze aannames te bewijzen?

(dynamometer, vloeistof, lichaam)

Welke metingen je moet doen (de Archimedeskracht en de zwaartekracht bepalen en met elkaar vergelijken) of berekenen met formules.

Vul de tabel in
EEN= ρ EnVg =
Ft = mg =

conclusie (de verhouding tussen zwaartekracht en Archimedische kracht bepaalt het vermogen van het lichaam: zwemmen, zinken of drijven)

De verhouding tussen zwaartekracht en Archimedische kracht bepaalt het vermogen van het lichaam om te zwemmen, zinken of drijven.

Demonstraties: 1. Een reageerbuislichaam drijft in water. 2. Een aardappelbal zinkt in water. 3. Dezelfde aardappelbal drijft in zout water. 4. Een plasticinebal zinkt in water. 5. Een plasticineboot drijft in water

Om een lichaam te laten drijven, is het noodzakelijk dat de zwaartekracht die erop inwerkt, wordt gecompenseerd door de Archimedische (drijvende) kracht.

Ft = Fa (1)

Archimedische kracht: F a = ρ f V f g (2)

Zwaartekracht: F t = mg = ρVg (3)

Laten we uitdrukkingen (2) en (3) vervangen door gelijkheid (1): ρVg = ρ f V f g

Door beide zijden van deze gelijkheid te delen door g, verkrijgen we de voorwaarde voor het zweven van lichamen in een nieuwe vorm:

ρV = ρf Vf

Om een lichaam te laten drijven en gedeeltelijk boven het vloeistofoppervlak uit te steken, moet de dichtheid van het lichaam kleiner zijn dan de dichtheid van de vloeistof. Wanneer de dichtheid van het lichaam groter is dan de dichtheid van de vloeistof, zinkt het lichaam omdat de zwaartekracht overschrijdt de Archimedische kracht.

Analyse van de oefening:

– Welke stoffen (ijs, stearine, was, rubber, baksteen) zullen drijven in water, melk, kwik?

– Bepaal met behulp van de tabel welke metalen in kwik zinken? (osmium, iridium, platina, goud)

– Welke stoffen drijven in kerosine? (kurk, grenen, eik)

4. Toepassing van drijfcondities voor lichamen

A) Zeilschepen

- En nu moeten we uitleggen waarom een stalen spijker zinkt, maar een schip van staal blijft drijven?

- Laten we plasticine nemen. Als je het in water legt, verdrinkt het. Hoe zorg je ervoor dat hij niet verdrinkt?

B) Zwemmen van vissen en walvissen
De zwemblaas van een vis verandert gemakkelijk van volume. Wanneer een vis met behulp van spieren naar een grotere diepte afdaalt en de waterdruk erop toeneemt, trekt de bel samen, neemt het volume van het lichaam van de vis af en zwemt hij in de diepte. Bij het opstijgen nemen de zwemblaas en het volume van de vis toe en drijft hij naar de oppervlakte. Dit is hoe de vis de diepte van zijn duik regelt. Zwemblaas van een vis Dit is interessant

Walvissen regelen hun duikdiepte door hun longcapaciteit te vergroten en te verkleinen. Dit is interessant

De gemiddelde dichtheid van levende organismen die in het watermilieu leven, verschilt weinig van de dichtheid van water, dus hun gewicht wordt bijna volledig gecompenseerd door de Archimedische kracht. Dankzij dit hebben waterdieren geen sterke en massieve skeletten nodig. Om dezelfde reden zijn de stammen van waterplanten elastisch.

Vogels hebben een dikke, waterondoordringbare laag veren en dons, die een aanzienlijke hoeveelheid lucht bevat, waardoor de gemiddelde dichtheid van hun lichaam erg laag is, zodat eenden tijdens het zwemmen niet veel in het water onderdompelen.

B) Onderzeese navigatie

– Hoe kunnen onderzeeërs op verschillende diepten stijgen en dalen? (als gevolg van veranderingen in de massa, en dus de zwaartekracht)

D) Mensenzwemmen in zoet en zout water
Drijvende lichamen

203. Een zwemmer die roerloos op zijn rug op het water ligt, haalt diep adem en ademt uit. Hoe verandert de positie van het lichaam van de zwemmer ten opzichte van het wateroppervlak? Waarom?

204. Zijn de opwaartse krachten die op hetzelfde houten blok inwerken, dat eerst in water en daarna in kerosine drijft, hetzelfde?

205. Waarom blijft een plaat die plat op het wateroppervlak wordt geplaatst drijven, maar zinkt een plaat die met de zijkant in het water wordt geplaatst?

206. Kan een reddingsboei een willekeurig aantal mensen vasthouden die eraan vastgrijpen?

207. Op de borst en de rug van de duiker worden zware loden platen geplaatst en aan de schoenen worden loden zolen bevestigd. Waarom doen ze dit?

208. Een stuk hout wordt in een vat met water neergelaten. Zal dit de druk op de bodem van het vat veranderen als er geen water uit het vat stroomt?

209. Een glas is tot de rand gevuld met water. Er wordt een stuk hout in geplaatst zodat het vrij kan drijven. Zal het gewicht van het glas veranderen als het water het nog steeds tot de rand vult?

Antwoorden: 203. Bij het inademen zweeft de zwemmer omhoog en bij het uitademen duikt hij dieper in het water, omdat bij het ademen het volume van de borstkas verandert en de Archimedische kracht dienovereenkomstig verandert.

(Bij het inademen zweeft de zwemmer omhoog, bij het uitademen duikt hij dieper in het water, omdat tijdens het ademen het volume van de borstkas verandert, maar het lichaamsgewicht vrijwel constant blijft. Daarom neemt het totale volume van het lichaam toe bij het inademen, neemt het af bij het uitademen, en het volume van het deel van het lichaam dat in water is ondergedompeld, verandert niet.)

204. Hetzelfde. Het blok drijft in beide vloeistoffen, wat betekent dat de drijvende kracht in elk van hen gelijk is aan de zwaartekracht die erop inwerkt.

206. Nee, aangezien de hefkracht (het verschil tussen de maximale Archimedische kracht en de zwaartekracht) van een cirkel een beperkte waarde heeft.

207. Om de zwaartekracht te vergroten en groter te maken dan de Archimedische kracht, anders zal de duiker niet naar de vereiste diepte duiken.

208. De druk zal toenemen naarmate het waterniveau in het vat stijgt.

209. Het zal niet veranderen, aangezien het gewicht van een stuk hout gelijk is aan het gewicht van het water dat erdoor wordt verplaatst (en uit het glas wordt gegoten).

6. Experimentele taak.
Vul de tabel in
EEN= ρ EnVg =
Ft = mg =

conclusie (gebaseerd op experiment)

conclusie (in feite)

Ft =

7. Huiswerk:

8. Conclusie: met Nu loopt onze lestijd ten einde. En hoewel we niet alle problemen hebben opgelost, eindigt onze reis langs de wegen van de natuurkunde niet!

Drijvende lichamen- de evenwichtstoestand van een vast lichaam dat gedeeltelijk of volledig is ondergedompeld in een vloeistof (of gas).

De belangrijkste taak van de theorie van drijvende lichamen is het bepalen van het evenwicht van een lichaam ondergedompeld in een vloeistof en het verduidelijken van de voorwaarden voor de stabiliteit van het evenwicht. De eenvoudigste voorwaarden voor het laten drijven van lichamen worden aangegeven door de wet van Archimedes. Laten we deze voorwaarden eens bekijken.

Zoals bekend wordt op alle lichamen die in een vloeistof zijn ondergedompeld, de kracht van Archimedes uitgeoefend F A(duwkracht) verticaal naar boven gericht, maar ze drijven niet allemaal omhoog. Om te begrijpen waarom sommige lichamen drijven en andere zinken, is het noodzakelijk rekening te houden met een andere kracht die op alle lichamen inwerkt: de zwaartekracht Ft die verticaal naar beneden is gericht, dat wil zeggen tegengesteld F A. Als een lichaam in rust in een vloeistof wordt gelaten, zal het beginnen te bewegen in de richting waarin de grootste kracht is gericht. De volgende gevallen zijn mogelijk:
1. als de Archimedische kracht kleiner is dan de zwaartekracht ( F A< F т ), dan zal het lichaam naar de bodem zinken, d.w.z. verdrinken (Fig. A);
2. als de Archimedische kracht groter is dan de zwaartekracht ( FA > Ft), dan zal het lichaam omhoog drijven (Fig. B);
Als deze kracht groter blijkt te zijn dan de zwaartekracht die op het lichaam inwerkt, zal het lichaam omhoog vliegen. De luchtvaart is hierop gebaseerd.

Vliegtuigen die in de luchtvaart worden gebruikt, worden genoemd ballonnen(uit het Grieks lucht- lucht, toestand- staand). Ongecontroleerde vrije vluchtballonnen met een schaal in de vorm van een bal worden genoemd ballonnen. Nog niet zo lang geleden werden enorme ballonnen gebruikt om de bovenste lagen van de atmosfeer (stratosfeer) te bestuderen. stratosferische ballonnen. Gecontroleerde ballonnen (met een motor en propellers) worden genoemd luchtschepen.

De ballon stijgt niet alleen vanzelf op, maar kan ook wat vracht optillen: de cabine, mensen, instrumenten. Om te bepalen wat voor last een luchtcontainer kan tillen, moet je de hefkracht kennen. De hefkracht van een ballon is gelijk aan het verschil tussen de Archimedische kracht en de zwaartekracht die op de ballon inwerkt:

F = F A - F t.

Hoe lager de dichtheid van het gas dat een ballon van een bepaald volume vult, hoe minder de zwaartekracht erop inwerkt en hoe groter de resulterende hefkracht. Ballonnen kunnen worden gevuld met helium, waterstof of verwarmde lucht. Hoewel waterstof een lagere dichtheid heeft dan helium, wordt helium om veiligheidsredenen nog steeds vaker gebruikt (waterstof is een brandbaar gas).

Het is veel gemakkelijker om een bal gevuld met hete lucht op te tillen en te laten zakken. Plaats hiervoor een brander onder het gat in het onderste deel van de bal. Hiermee kunt u de luchttemperatuur regelen, en daarmee de dichtheid en hefkracht.

U kunt een baltemperatuur selecteren waarbij het gewicht van de bal en de cabine gelijk is aan de drijfkracht. Dan hangt de bal in de lucht en is het gemakkelijk om er observaties van te maken.

We weten dat op elk lichaam in een vloeistof twee krachten in tegengestelde richtingen optreden: de zwaartekracht en de Archimedische kracht. De zwaartekracht is gelijk aan het gewicht van het lichaam en is naar beneden gericht, terwijl de Archimedische kracht afhankelijk is van de dichtheid van de vloeistof en naar boven is gericht. Hoe de natuurkunde het zweven van lichamen verklaart, en wat zijn de omstandigheden voor drijvende lichamen op het oppervlak en in de waterkolom?

Toestand van drijvende lichamen

Volgens de wet van Archimedes is de voorwaarde voor het drijven van lichamen als volgt: als de zwaartekracht gelijk is aan de kracht van Archimedes, dan kan het lichaam overal in de vloeistof in evenwicht zijn, dat wil zeggen in zijn dikte drijven. Als de zwaartekracht kleiner is dan de Archimedische kracht, zal het lichaam uit de vloeistof opstijgen, dat wil zeggen zweven. In het geval dat het gewicht van het lichaam groter is dan de Archimedische kracht die het naar buiten duwt, zal het lichaam naar de bodem zinken, dat wil zeggen zinken. De opwaartse kracht hangt af van de dichtheid van de vloeistof. Maar of een lichaam drijft of zinkt, hangt af van de dichtheid van het lichaam, omdat door de dichtheid het gewicht toeneemt. Als de dichtheid van het lichaam hoger is dan de dichtheid van water, zal het lichaam verdrinken. Wat te doen in dit geval?

De dichtheid van droog hout als gevolg van met lucht gevulde holtes is kleiner dan de dichtheid van water en de boom kan op het oppervlak drijven. Maar ijzer en vele andere stoffen hebben een veel grotere dichtheid dan water. Hoe is het in dit geval mogelijk om schepen van metaal te bouwen en verschillende ladingen over water te vervoeren? En hiervoor bedacht de man een trucje. De romp van een schip dat in water is ondergedompeld, is volumineus gemaakt en binnenin dit schip bevinden zich grote holtes gevuld met lucht, waardoor de totale dichtheid van het schip aanzienlijk wordt verminderd. Het volume water dat door het schip wordt verplaatst, wordt dus aanzienlijk vergroot, waardoor de drijfkracht ervan toeneemt, en de totale dichtheid van het schip wordt kleiner gemaakt dan de dichtheid van water, zodat het schip op het oppervlak kan drijven. Daarom heeft elk schip een bepaalde limiet op de massa lading die het kan vervoeren. Dit wordt de verplaatsing van het schip genoemd.

Onderscheiden lege verplaatsing is de massa van het schip zelf, en totale verplaatsing- dit is de waterverplaatsing zonder lading plus de totale massa van de bemanning, alle uitrusting, voorraden, brandstof en lading die een bepaald schip normaal gesproken kan vervoeren zonder het risico van verdrinking bij relatief kalm weer.

De lichaamsdichtheid van organismen die in het watermilieu leven, ligt dicht bij de dichtheid van water. Dankzij dit kunnen ze in de waterkolom blijven en zwemmen dankzij de apparaten die ze van de natuur krijgen: zwemvliezen, vinnen, enz. Een speciaal orgaan, de zwemblaas, speelt een belangrijke rol bij de beweging van vissen. De vis kan het volume van deze bel en de hoeveelheid lucht daarin veranderen, waardoor de totale dichtheid kan veranderen en de vis op verschillende diepten kan zwemmen zonder hinder te ondervinden.

De dichtheid van het menselijk lichaam is iets groter dan de dichtheid van water. Een persoon kan echter, als hij een bepaalde hoeveelheid lucht in zijn longen heeft, ook rustig op het wateroppervlak drijven. Als u, ter wille van het experiment, terwijl u in het water bent, alle lucht uit uw longen uitademt, begint u langzaam naar de bodem te zinken. Onthoud daarom altijd dat zwemmen niet eng is, het is gevaarlijk om water door te slikken en in de longen te laten komen, wat de meest voorkomende oorzaak is van tragedies op het water.

Drijven is het vermogen van het lichaam om op het oppervlak van een vloeistof of op een bepaald niveau in een vloeistof te blijven.
We weten dat op elk lichaam in een vloeistof twee krachten in tegengestelde richtingen optreden: de zwaartekracht en de Archimedische kracht.
De zwaartekracht is gelijk aan het gewicht van het lichaam en is naar beneden gericht, terwijl de Archimedische kracht afhankelijk is van de dichtheid van de vloeistof en naar boven is gericht. Hoe verklaart de natuurkunde het drijven van lichamen, en wat zijn de omstandigheden voor drijvende lichamen op het oppervlak en in de waterkolom?
Archimedische kracht wordt uitgedrukt door de formule:
Fout = g*m f = g* ρ f * V f = P f,
waarbij m de massa van de vloeistof is,
en Pf is het gewicht van de vloeistof die door het lichaam wordt verplaatst.
En aangezien onze massa gelijk is aan: m f = ρ f * V f, zien we uit de formule van de Archimedische kracht dat deze niet afhankelijk is van de dichtheid van het ondergedompelde lichaam, maar alleen van het volume en de dichtheid van de verplaatste vloeistof door het lichaam.
Archimedische kracht is een vectorgrootheid. De reden voor het bestaan van de opwaartse kracht is het verschil in druk op de bovenste en onderste delen van het lichaam. De druk aangegeven in de figuur is P 2 > P 1 vanwege de grotere diepte. Om de kracht van Archimedes te laten ontstaan, is het voldoende dat het lichaam ten minste gedeeltelijk in de vloeistof is ondergedompeld.
Dus als een lichaam op het oppervlak van een vloeistof drijft, dan is de drijvende kracht die inwerkt op het deel van dit lichaam dat in de vloeistof is ondergedompeld, gelijk aan de zwaartekracht van het hele lichaam. (Fa = P)
Als de zwaartekracht kleiner is dan de Archimedische kracht (Fa > P), dan zal het lichaam uit de vloeistof opstijgen, dat wil zeggen zweven.
In het geval dat het gewicht van het lichaam groter is dan de Archimedische kracht die het naar buiten duwt (Fa
Uit de verkregen verhouding kunnen belangrijke conclusies worden getrokken:
De opwaartse kracht hangt af van de dichtheid van de vloeistof. Of een lichaam in een vloeistof zinkt of drijft, hangt af van de dichtheid van het lichaam.
Een lichaam drijft wanneer het volledig in een vloeistof is ondergedompeld als de dichtheid van het lichaam gelijk is aan de dichtheid van de vloeistof
Een lichaam drijft en steekt gedeeltelijk boven het vloeistofoppervlak uit als de dichtheid van het lichaam kleiner is dan de dichtheid van de vloeistof
- als de dichtheid van het lichaam groter is dan de dichtheid van de vloeistof, is zwemmen onmogelijk.
Vissersboten zijn gemaakt van droog hout, waarvan de dichtheid kleiner is dan die van water.
Waarom drijven schepen?
De romp van een schip dat in water is ondergedompeld, is volumineus gemaakt en binnenin dit schip bevinden zich grote holtes gevuld met lucht, waardoor de totale dichtheid van het schip aanzienlijk wordt verminderd. Het volume water dat door het schip wordt verplaatst, wordt dus aanzienlijk vergroot, waardoor de drijfkracht ervan toeneemt, en de totale dichtheid van het schip wordt kleiner gemaakt dan de dichtheid van water, zodat het schip op het oppervlak kan drijven. Daarom heeft elk schip een bepaalde limiet op de massa lading die het kan vervoeren. Dit wordt de verplaatsing van het schip genoemd.

Wat is het zweven van lichamen in de natuurkunde? De wet van Archimedes

Encyclopedisch YouTube

Generalisaties

Afleiding van de wet van Archimedes voor een lichaam met een willekeurige vorm

Toestand van drijvende lichamen