Текст учебника. Урок 13. Выталкивающая сила.

Основной урок. Посмотрите его.

План урока:

Архимедова сила.
Вес тела, погруженного в жидкость.
Плавание сосудов.
Летательные аппараты.

1. Архимедова сила

Когда тело погружают в жидкость или газ, на него действует выталкивающая сила, направленная вверх. Эту силу называют силой Архимеда в честь древнегреческого учёного, который открыл этот закон.

Закон Архимеда:
Выталкивающая сила, действующая на погружённое в жидкость (или газ) тело, равна весу жидкости (или газа), вытесненной этим телом.

Формула для расчёта Архимедовой силы:

$$F_A={\rho }_{\text{ж}}\cdot g\cdot V_{\text{погр}}$$

где:

• ${\rho }_{\text{ж}}$ — плотность жидкости (кг/м³),

• $g$ — ускорение свободного падения (~9,8 Н/кг),

• $V_{\text{погр}}$ — объём погружённой части тела (м³).

Пример:
Если тело объёмом $0,1{\text{м}}^3$ полностью погружено в воду ($\rho =1000\text{кг}\mathrm{/}{\text{м}}^3$), то:

$$F_A=1000\cdot 9,8\cdot 0,1=980\text{Н}$$

2. Вес тела в жидкости

Вес тела в жидкости меньше, чем в воздухе, потому что Архимедова сила уменьшает его.

Формула для расчёта веса тела в жидкости:

$$P_{\text{ж}}=P_{\text{возд}}-F_A$$

Пример:
Если тело весит в воздухе $15\text{Н}$, а в воде — $10\text{Н}$, то $F_A=5\text{Н}$.

3. Условия плавания тел

Тело плавает, если выталкивающая сила уравновешивает силу тяжести.

• Тело тонет, если ${\rho }_{\text{тела}}>{\rho }_{\text{жидкости}}$.

• Тело плавает внутри жидкости или на поверхности, если ${\rho }_{\text{тела}}={\rho }_{\text{жидкости}}$.

• Тело всплывает, если ${\rho }_{\text{тела}}<{\rho }_{\text{жидкости}}$.

Почему корабли не тонут?
Корабль сделан из стали, но его средняя плотность (с учётом пустот) меньше плотности воды, поэтому он держится на плаву.

4. Летательные аппараты и закон Архимеда

В газах тоже действует выталкивающая сила. Воздушные шары и дирижабли поднимаются вверх, потому что их заполняют газом, плотность которого меньше плотности воздуха:

• Гелиевые шары — гелий легче воздуха (${\rho }_{He}<{\rho }_{\text{возд}}$).

• Тепловые аэростаты — нагретый воздух расширяется и становится менее плотным.

Формула подъёмной силы:

$$F_{\text{под}}=F_A-P_{\text{шар}}$$

где $P_{\text{шар}}$ — вес оболочки и груза.

Выводы

1. Архимедова сила зависит от плотности жидкости и объёма тела.

2. Вес тела в жидкости меньше, чем в воздухе.

3. Тело плавает, если его плотность не превышает плотность жидкости.

4. Летательные аппараты используют выталкивающую силу газа.

Проверь себя:

1. Чему равна $F_A$ для тела $V=0,5{\text{м}}^3$ в морской воде ($\rho =1030\text{кг}\mathrm{/}{\text{м}}^3$)?

2. Почему алюминиевая ложка тонет, а корабль из металла — нет?

3. Как изменится $F_A$, если тело погрузить глубже?