Buoyancy ძალა

მოდით გავაკეთოთ მარტივი ექსპერიმენტი: ცოტა გაბერილი რეზინის ბურთი და "ჩადგმა" წყალში. თუ immersion სიღრმე კი 1-2 მეტრი, ეს არ არის ადვილი ვხედავ, რომ მისი მოცულობა მცირდება, ანუ ყველა მხარეს ბურთის crimp გარკვეული ძალა. ეს, როგორც წესი, განაცხადა, რომ "დამნაშავე" ჰიდროსტატიკური წნევა - ფიზიკური ძალების მოქმედი სტაციონარული სითხეები ჩაეფლო ორგანოს. ჰიდროსტატიკური ძალები მოქმედებენ სხეულზე ყველა მხარეს, და მათი შედეგად, რომელიც ცნობილია როგორც არქიმედეს ძალა, კვლავ მოუწოდა განდევნის, რომელიც შეესაბამება მიმართულებით მისი გავლენა სხეულის ჩაეფლო სითხე.

არქიმედეს აღმოაჩინა, რომ მისი კანონი მხოლოდ ექსპერიმენტული და მისი თეორიული დასაბუთება დაელოდა დაახლოებით 2000 წლით ადრე Pascal აღმოაჩინა კანონი hydrostatics სტაციონარული სითხე. ამ კანონის თანახმად, ზეწოლის გზით გადამდები სითხის ყველა მიმართულებით, მიუხედავად იმისა, ტერიტორია, რომელზედაც ის მოქმედებს ყველა თვითმფრინავები საზღვრების თხევადი, და მისი ღირებულება პროპორციული ზედაპირზე P და S გასწვრივ ნორმალური მასთან. Pascal გაიხსნა და შეამოწმა კანონი გამოცდილება 1653. მისი თქმით, ზედაპირზე სხეულის ჩაეფლო თხევადი ყველა მხარეს ჰიდროსტატიკური წნევა.

ვივარაუდოთ, რომ გემის წყლით სახით სხეულის ჩაეფლო cube სიღრმე H to L - დაშორება წყლის ზედაპირზე ზედა სახე. როდესაც ეს ქვედა ზღვარი არის სიღრმე H + L. ძალის ვექტორი F1, მოქმედი ზედა სახე მიმართულია ქვემოთ და F1 = r * g * H * S, სადაც r - თხევადი სიმკვრივე, გ - აჩქარება სიმძიმის.

ვექტორი ძალის F2, ზეწოლა ქვედა თვითმფრინავი ზემოთ, და მისი ღირებულება მოცემულია F2 = r * g * (H + L) * S.

ვექტორები ძალების მოქმედი გვერდითი ზედაპირების ორმხრივად დაბალანსებულია, ანუ შემდგომში გამოირიცხება განსახილველად. ამომგდები ძალა F2> F1 და რეჟისორი ქვედა დაბრუნება, და ერთვის ბოლოში სახე კუბი. განსაზღვროს მისი მნიშვნელობა F:

F = F2 - F1 = r * g * (H + L) * S - r * g * H * S = r * g * L * S

გაითვალისწინეთ, რომ L * S - .. არის მოცულობა კუბურ V, და მ r * g = p წარმოადგენს სითხის წონის ერთეული, მაშინ ფორმულა წონა Archimedean ძალა განსაზღვრავს მოცულობის სითხის ტოლი მოცულობის cube, ანუ ეს არის ზუსტად ის წონა თხევადი გადაადგილებულ ორგანოს მიერ. საინტერესო ის არის, რომ ვისაუბროთ Archimedes 'პრინციპით შესაძლებელია მხოლოდ გარემოს, სადაც არ არის ძალა სიმძიმის - პირობებში weightlessness, კანონი არ მუშაობს. და ბოლოს, ფორმულა კანონის არქიმედეს ასეთია:

F = p * V, სადაც P - თხევადი ხვედრითი.

Archimedean ძალის გამოდგება საფუძველი ანალიზი buoyancy ორგანოები. მდგომარეობის ანალიზი თანაფარდობა წონა სხეულის დატვირთული Pm და Pf წონის თხევადი მოცულობის ტოლი მოცულობის ჩაეფლო შევიდა თხევადი ორგანო. თუ Pm = Px, სხეულის მცურავი თხევად და თუ Pr> Pf, სხეულის სჭირდება. წინააღმდეგ შემთხვევაში, სხეულის ჩნდება როგორც მოქნილი ძალა ტოლია წონის ejected recessed ნაწილი წყლის ორგანოს.

Archimedes 'პრინციპი და მისი გამოყენება დიდი ხნის ისტორია აქვს ტექნოლოგია, დაწყებული კლასიკური მაგალითია გამოყენების ყველა ცნობილი და მცურავი საშუალებები ბურთები და დირიჟაბლების. აი, ეს როლი ითამაშა, რომ გაზის ეხება სახელმწიფო საკითხზე, რომელიც საკმაოდ სითხის იმიტირებული. ამდენად, ჰაერი ნებისმიერ ობიექტზე buoyancy ძალა მოქმედებს akin იგივე, რაც თხევადი. პირველი მცდელობა განახორციელოს საჰაერო ბურთით ფრენა მიიღო Montgolfier ძმები - ივსებოდა ბურთით თბილი მოწევა, ისე, რომ წონის პატიმარი საჰაერო ბურთით ნაკლები იყო წონა იგივე მოცულობის ცივი ჰაერის. ეს იყო მიზეზი, ლიფტით, და მისი ღირებულება განისაზღვრება, როგორც სხვაობა წონის ორ ტომად. შემდგომი გაუმჯობესების ბურთები burner, რომელიც მუდმივად ათბობს საჰაერო შიგნით ბუშტი. ნათელია, რომ რიგი დამოკიდებული სიგრძეზე burner. მოგვიანებით დირიჟაბლების გამოიყენება შევსების გაზის ხვედრითი ნაკლებია, ვიდრე ჰაერში.