Закон Архимеда

Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна весу вытесненной им жидкости.

«Эврика!» («Нашел!») — именно этот возглас, согласно легенде, издал древнегреческий ученый и философ Архимед, открыв принцип вытеснения. Легенда гласит, что сиракузский царь Герон II попросил мыслителя определить, из чистого ли золота сделана его корона, не причиняя вреда самому царскому венцу. Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало — нужно было определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита, и определить, чистое ли это золото.

Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну — и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. И тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему. Решение задачи было найдено и, согласно самой расхожей версии легенды, ученый побежал докладывать о своей победе в царский дворец, даже не потрудившись одеться.

Однако, что правда — то правда: именно Архимед открыл принцип плавучести. Если твердое тело погрузить в жидкость, оно вытеснит объем жидкости, равный объему погруженной в жидкость части тела. Давление, которое ранее действовало на вытесненную жидкость, теперь будет действовать на твердое тело, вытеснившее ее. И, если действующая вертикально вверх выталкивающая сила окажется больше силы тяжести, тянущей тело вертикально вниз, тело будет всплывать; в противном случае оно пойдет ко дну (утонет). Говоря современным языком, тело плавает, если его средняя плотность меньше плотности жидкости, в которую оно погружено.

Закон Архимеда можно истолковать с точки зрения молекулярно-кинетической теории. В покоящейся жидкости давление производится посредством ударов движущихся молекул. Когда некий объем жидкости вымещается твердым телом, направленный вверх импульс ударов молекул будет приходиться не на вытесненные телом молекулы жидкости, а на само тело, чем и объясняется давление, оказываемое на него снизу и выталкивающее его в направлении поверхности жидкости. Если же тело погружено в жидкость полностью, выталкивающая сила будет по-прежнему действовать на него, поскольку давление нарастает с увеличением глубины, и нижняя часть тела подвергается большему давлению, чем верхняя, откуда и возникает выталкивающая сила. Таково объяснение выталкивающей силы на молекулярном уровне.

Такая картина выталкивания объясняет, почему судно, сделанное из стали, которая значительно плотнее воды, остается на плаву. Дело в том, что объем вытесненной судном воды равен объему погруженной в воду стали плюс объему воздуха, содержащегося внутри корпуса судна ниже ватерлинии. Если усреднить плотность оболочки корпуса и воздуха внутри нее, получится, что плотность судна (как физического тела) меньше плотности воды, поэтому выталкивающая сила, действующая на него в результате направленных вверх импульсов удара молекул воды, оказывается выше гравитационной силы притяжения Земли, тянущей судно ко дну, — и корабль плывет.

Архимед из Сиракуз
Архимед из Сиракуз
Archimedes of Siracuse, ок. 287–212 г. до н. э.

Древнегреческий математик, изобретатель и натурфилософ. О его жизни известно мало. Доказал ряд основополагающих математических теорем, прославился благодаря изобретению различных механизмов, до сих пор находящих широкое применение как в быту, так и в оборонной промышленности. Легенда гласит, что Архимед умер насильственной смертью, пав от руки римского воина во время осады Сиракуз, не пожелав укрыться в доме, поскольку был всецело поглощен геометрической задачей, начертанной им на прибрежном песке.


10
Показать комментарии (10)
Свернуть комментарии (10)

  • metrolog  | 10.07.2006 | 08:20 Ответить
    К сожалению данная статья не полностью раскрывает суть открытого Архимедом закона. В статье речь идёт только о телах в жидкости. то что и было предметом изучения древнего учёного. Однако для полноты картины, для торжества идущего вперёд разума, необходимо заметить что:
    1 Речь идёт о "статической плавучести" тел погруженных в среду;
    2 Среда погружения может быть и жидкостью, и газом. (кроме стального корабля можно было бы привести пример с воздушным шаром).
    Т.о. в энциклопедической статье не показано развитие закона Архимеда.
    С уважением, Шарипов Марсель
    Ответить
    • nepotop > metrolog | 29.09.2006 | 13:45 Ответить
      ( из предыдущего коммента ): "данная статья не полностью раскрывает суть открытого Архимедом закона" - это не те слова.
      Копирую из текста статьи:
      '... И, если действующая вертикально вверх выталкивающая сила окажется больше силы тяжести, тянущей тело вертикально вниз, тело останется наплаву; в противном случае оно пойдет ко дну (утонет). '
      Кагрится: АВТОРА!!! ( Какой проХфессор написал эту статью? )
      Впрочем, это только очередное доказательство того, как плохо все знают ( и почти повсеместно перевирают, здесь хоть правильно сформулировали сам закон Архимеда ) этот раздел общей (элементарной! ) физики - физики плавания тел.
      "...если действующая вертикально вверх выталкивающая сила окажется больше силы тяжести, тянущей тело вертикально вниз, тело БУДЕТ ВСПЛЫВАТЬ!
      А останется на плаву = будет удерживаться в равновесии , когда действующие на него силы уравновешены : архимедова сила равна силе тяжести.
      http://www.nepotop.by.ru/
      Ответить
      • iksigrek > nepotop | 06.03.2008 | 16:08 Ответить
        Предметная область для закона Архимеда: "поведение тела в среде с плотностью отличной от плотности среды (газ,жидкость) в разных термодинамических условиях, а так же в зависимости от условий инерциальности среды и тела... Удобно с помощью кинетики выглядит и объяснение, почему в невесомости закон Архимеда не работает."

        Жаропрочное и плотное тело брасаем на поверхность солнца. Архимед появится? Думаю, что да. Понимаю, что обычный школьный курс. Наверно не очень подходящий для обсуждения вопрос, и всё-таки.
        Ответить
      • Торвик > nepotop | 09.01.2010 | 12:51 Ответить
        Может следует ещё напомнить,что не на каждое тело погружённое в жидкость действует выталкивающая сила.Так, например, закон Архимеда нельзя применить к кубику, который лежит на дне резервуара, герметично касаясь дна.
        Ответить
  • goshaam  | 23.02.2008 | 16:00 Ответить
    Основным выводом из закона Архимеда является следующее обстоятельство: что проигрывается в массе транспортного средства, то выигрывается в его грузоподъёмности. Ещё большим обобщением закона Архимеда следует признать выражение - действие + противодействие = постоянной величине. И это объективно, то есть не зависит от воли Архимеда, Ампера, Ньютона и даже Эйнштейна, сформулирующий закон Архимеда в виде: Функция от пространства - функция от времени = постоянной величине. Последняя интепретация представляет собой получение постоянной величины путём вычитания переходного процесса из стационарного состояния, то есть всё тот же гомеостаз. И тут возниккает вопрос: Обречено ли человечество в своём поведении на гомеостаз? Наука пока не даёт ответа на этот вопрос и даже не ставит его в ближайщей перспективе. Даже в такой отрасли как создание искусственного интеллекта прикладники и теоретики имитируют поведение человека с применением обратной связи, а не принятия решения.
    Ответить
  • a_b  | 08.01.2010 | 18:35 Ответить
    3-й абзац, грамматика: "наплаву"
    Кстати, в 5-м абзаце правильно: "на плаву".
    Ответить
    • alexdihes > a_b | 13.05.2012 | 18:31 Ответить
      Толковый словарь русского языка под ред. Д. Н. Ушакова

      НАПЛАВУ нареч. (мор.). Во время плавания, в плавающем состоянии. Корма парохода ремонтировалась наплаву.
      Ответить
  • Торвик  | 09.01.2010 | 12:55 Ответить
    Может следует ещё напомнить,что не на каждое тело погружённое в жидкость действует выталкивающая сила.Так, например, закон Архимеда нельзя применить к кубику, который лежит на дне резервуара, герметично касаясь дна.
    Ответить
  • Владимир Фёдоров  | 17.01.2012 | 08:26 Ответить
    К сожалению, Больщая Наука так и не поняла Закон Архимеда. По видимому не доросла.
    Ответить
    • Конечно_он > Владимир Фёдоров | 28.11.2012 | 17:51 Ответить
      Абалдеть!!!)))))))
      А мужики то и не знали!!
      Ответить
Написать комментарий

III в. до н. э.

Закон Архимеда
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»