Закон Архимеда. Плавание тел.

Закон Архимеда, обычно формулируется так: на всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости. Зная основные законы гидростатики, установим за счет чего эта сила образуется и уточним, на всякое ли тело в жидкости она действует.

Рассмотрим три цилиндрических тела, вес которых и и сечение : одно из них частично погружено в жидкость, второе плавает внутри жидкости, третье покоится на дне.

В первом и втором случаях силы внешнего давления по верхней и нижней плоскостям цилиндра равны и противоположны по направлению.

Равнодействующие силы избыточного давления, действуют по этим плоскостям:

при плавании на поверхности

;

где -объем погруженной части цилиндра (в этом случае ).

При составлении безразличного равновесия (тело плавает внутри жидкости, окружающей его со всех сторон)

,

где W- объем полностью погруженного в жидкость тела (в этом случае ).

В третьем же случае, если цилиндр стоит на водонепроницаемом дне и плотно прилегает к нему (отсутствует доступ жидкости к нижней части поверхности цилиндра) сила гидростатического давления и ни какой выталкивающей силы не будет , наоборот тело под действием собственного веса, вышележащего столба жидкости и внешнего давления, будет прижиматься ко дну.

Плавание тел.

Объем жидкости W, вытесняемым полностью или частично погруженным в нее телом, называется объемным водоизмещением.

Центр тяжести Д вытесненного объема жидкости (центр давления при плавании) называется центром водоизмещения. (рис.)

Подъемная (архимедова) сила имеет в качестве линии действия вертикальную прямую, проходящую через центр водоизмещения.

Плоскость сечения плавающего тела, совпадающая со свободной поверхностью жидкости, называется плоскостью плавания, а линия пересечения плавающего тела со свободной поверхностью жидкости – ватерлинией.

Прямая, проходящая через центр тяжести плавающего тела и центр водоизмещения в положении устойчивого равновесия тела (когда сила его веса и сила тяжести действуют по одной вертикальной прямой), называется осью плавания.

Глубина погружения самой низкой точки смоченной поверх части тела называется осадкой.

Плавучесть тела – его свойство плавать при заданной нагрузке, имея заранее установленное погружение.

Остойчивость – способность плавающего тела восстанавливать после крена свое исходное положение в жидкости.

Для того, чтобы плавающее в подводном состоянии тело обладало статической остойчивостью, центр тяжести его должен лежать на оси плавании ниже центра водоизмещения Д, в противном случае тело не обладает остойчивостью.

Если часть плавающего тела возвышается над свободной поверхностью жидкости (надводное плавание) при соблюдении приведенного выше условие, то тело безусловно остойчиво. При подводном плавании центр водоизмещения Д может лежать ниже центра тяжести ц.