Archimedes kraft som virker på en kropp. Oppdriftskraft

Ofte vitenskapelige funn er et resultat av ren tilfeldighet. Men bare folk med et trent sinn kan forstå viktigheten av en enkel tilfeldighet og trekke vidtrekkende konklusjoner fra det. Takket være kjeden tilfeldige hendelser i fysikk dukket Arkimedes lov opp, som forklarte oppførselen til kropper i vann.

Tradisjon

I Syracuse var Arkimedes legendarisk. En gang tvilte herskeren i denne strålende byen på ærligheten til gullsmeden hans. Kronen, laget for linjalen, måtte inneholde en viss mengde gull. Sjekk dette faktum instruert Archimedes.

Arkimedes fastslo at legemer i luft og vann har forskjellig vekt, og forskjellen er direkte proporsjonal med tettheten til den målte kroppen. Ved å måle vekten av kronen i luft og vann, og utføre et lignende eksperiment med et helt stykke gull, beviste Arkimedes at det fantes en blanding av et lettere metall i den fremstilte kronen.

Ifølge legenden gjorde Archimedes denne oppdagelsen i et badekar, mens han så på vannet som sprutet. Hva som skjedde videre med den uærlige gullsmeden, er historien taus, men konklusjonen til Syracuse-forskeren dannet grunnlaget for en av fysikkens viktigste lover, som er kjent for oss som Arkimedes lov.

Ordlyd

Archimedes skisserte resultatene av sine eksperimenter i arbeidet "On Floating Bodies", som dessverre har overlevd til i dag bare i form av fragmenter. Moderne fysikk beskriver Arkimedes lov som den totale kraften som virker på en kropp nedsenket i en væske. Flytekraften til et legeme i en væske er rettet oppover; henne absolutt verdi lik vekten av den fortrengte væsken.

Virkningen av væsker og gasser på et nedsenket legeme

Enhver gjenstand nedsenket i en væske opplever trykkkrefter. På hvert punkt på kroppens overflate blir disse kreftene rettet vinkelrett på kroppens overflate. Hvis de var like, ville kroppen bare oppleve kompresjon. Men trykkkreftene øker proporsjonalt med dybden, så den nedre overflaten av kroppen opplever mer kompresjon enn den øvre. Du kan vurdere og legge sammen alle kreftene som virker på en kropp i vann. Den endelige vektoren av deres retning vil bli rettet oppover, kroppen skyves ut av væsken. Størrelsen på disse kreftene bestemmes av Arkimedes lov. Navigering av kropper er helt basert på denne loven og på ulike konsekvenser av den. Arkimedeanske styrker virker også i gasser. Det er takket være disse oppdriftskreftene at luftskip flyr på himmelen og Ballonger: på grunn av luftforskyvning blir de lettere enn luft.

Fysisk formel

Visuelt kan kraften til Archimedes demonstreres ved enkel veiing. Når man veier en treningsvekt i vakuum, i luft og i vann, kan man se at vekten endres betydelig. I et vakuum er vekten en, i luft - litt lavere, og i vann - enda lavere.

Hvis vi tar vekten av en kropp i vakuum som Po, kan dens vekt i luft beskrives med følgende formel: P i \u003d P o - F a;

her P ca - vekt i vakuum;

Som det fremgår av figuren, letter alle handlinger med veiing i vann kroppen betydelig, derfor må Archimedes-styrken i slike tilfeller tas i betraktning.

For luft er denne forskjellen ubetydelig, så vanligvis vekten av en kropp nedsenket i luftmiljø, er beskrevet av standardformelen.

Mediets tetthet og kraften til Archimedes

Analyserer de enkleste eksperimentene med kroppsvekt i ulike miljøer, kan vi konkludere med at vekten av kroppen i ulike medier avhenger av massen til gjenstanden og tettheten til nedsenkingsmediet. Dessuten, jo tettere mediet er, desto større er styrken til Arkimedes. Arkimedes lov knyttet dette forholdet og tettheten til en væske eller gass gjenspeiles i dens endelige formel. Hva annet påvirker denne kraften? Med andre ord, hvilke egenskaper er Arkimedes lov avhengig av?

Formel

Arkimedesk kraft og kreftene som påvirker den kan bestemmes ved hjelp av enkle logiske resonnementer. Anta at en kropp med et visst volum, nedsenket i en væske, består av den samme væsken som den er nedsenket i. Denne forutsetningen motsier ikke andre forutsetninger. Tross alt er kreftene som virker på en kropp på ingen måte avhengig av tettheten til denne kroppen. I dette tilfellet vil kroppen mest sannsynlig være i balanse, og flytekraften vil bli kompensert av tyngdekraften.

Således vil likevekten til en kropp i vann beskrives som følger.

Men tyngdekraften, fra tilstanden, er lik vekten av væsken som den fortrenger: væskens masse er lik produktet av tetthet og volum. Ved å erstatte de kjente verdiene kan du finne ut vekten av kroppen i væsken. Denne parameteren er beskrevet som ρV * g.

Erstatter kjente verdier, vi får:

Dette er Arkimedes lov.

Formelen vi har utledet beskriver tettheten som tettheten til kroppen som studeres. Men i Innledende forhold det ble påpekt at kroppstetthet er identisk med tettheten til den omkringliggende væsken. Altså i denne formelen du kan trygt erstatte verdien av væskens tetthet. Den visuelle observasjonen, ifølge hvilken oppdriftskraften er større i et tettere medium, har fått en teoretisk begrunnelse.

Anvendelse av Arkimedes lov

De første eksperimentene som demonstrerer Arkimedes lov har vært kjent siden skoledagene. metallplate synker i vann, men kan, brettet i form av en boks, ikke bare holde seg flytende, men også bære en viss belastning. Denne regelen er den viktigste konklusjonen fra Arkimedes-regelen, den bestemmer muligheten for å bygge elve- og sjøfartøyer, tatt i betraktning deres maksimale kapasitet (forskyvning). Tross alt er tettheten av sjø og ferskvann forskjellig, og skip og ubåter må ta hensyn til forskjellene i denne parameteren når de kommer inn i elvemunninger. En feil beregning kan føre til katastrofe - skipet vil gå på grunn, og det vil kreves betydelig innsats for å heve det.

Arkimedes lov er også nødvendig for ubåtfarere. Poenget er at tettheten sjøvann endrer verdien avhengig av dykkets dybde. Riktig beregning av tettheten vil tillate dykkere å korrekt beregne lufttrykket inne i drakten, noe som vil påvirke dykkerens manøvrerbarhet og sikre hans trygge dykking og oppstigning. Arkimedes prinsipp må også tas i betraktning ved dypvannsboring, enorme borerigger mister opptil 50 % av vekten, noe som gjør transport og drift mindre kostbart.

Væsker og gasser, ifølge hvilke, på ethvert legeme nedsenket i en væske (eller gass), virker en flytekraft fra denne væsken (eller gassen), lik vekten av væsken (gassen) fortrengt av kroppen og rettet vertikalt oppover .

Denne loven ble oppdaget av den gamle greske vitenskapsmannen Archimedes i det tredje århundre. f.Kr e. Arkimedes beskrev forskningen sin i avhandlingen On Floating Bodies, som regnes som et av hans siste vitenskapelige arbeider.

Følgende er funnene fra Arkimedes lov.

Virkningen av væske og gass på en kropp nedsenket i dem.

Hvis du senker en luftfylt ball i vann og slipper den, vil den flyte. Det samme vil skje med flis, kork og mange andre kropper. Hvilken kraft får dem til å flyte?

En kropp nedsenket i vann blir utsatt for vanntrykk fra alle sider (fig. en). På hvert punkt av kroppen er disse kreftene rettet vinkelrett på overflaten. Hvis alle disse kreftene var de samme, ville kroppen bare oppleve allsidig kompresjon. Men på forskjellige dybder er det hydrostatiske trykket forskjellig: det øker med økende dybde. Derfor viser trykkkreftene som påføres de nedre delene av kroppen seg å være større enn trykkkreftene som virker på kroppen ovenfra.

Hvis vi erstatter alle trykkkrefter som påføres en kropp nedsenket i vann med én (resulterende eller resulterende) kraft som har samme effekt på kroppen som alle disse individuelle kreftene sammen, så vil den resulterende kraften bli rettet oppover. Det er dette som får kroppen til å flyte. Denne kraften kalles flytekraft, eller Arkimedesk styrke(oppkalt etter Arkimedes, som først pekte på dens eksistens og etablerte hva den er avhengig av). På bildet b den er merket som F A.

Den arkimedeiske (flytende) kraften virker på kroppen ikke bare i vann, men også i enhver annen væske, siden det i enhver væske er hydrostatisk trykk, som er forskjellig på forskjellige dyp. Denne kraften virker også i gasser, på grunn av hvilke ballonger og luftskip flyr.

På grunn av oppdriftskraften er vekten av ethvert legeme i vann (eller i annen væske) mindre enn i luft, og mindre i luft enn i luftløst rom. Det er enkelt å verifisere dette ved å veie vekten ved hjelp av et treningsdynamometer, først i luften, og deretter senke den ned i et kar med vann.

Vektreduksjon oppstår også når en kropp overføres fra vakuum til luft (eller annen gass).

Hvis vekten av et legeme i et vakuum (for eksempel i et kar som luft pumpes ut fra) er lik P0, da er vekten i luft:

hvor F´A er den arkimedeiske kraften som virker på et gitt legeme i luft. For de fleste kropper er denne kraften ubetydelig og kan neglisjeres, det vil si at vi kan anta at Par =P0 =mg.

Vekten av kroppen i væske avtar mye mer enn i luft. Hvis vekten av kroppen i luften Par =P 0, så er vekten av kroppen i væsken P væske \u003d P 0 - F A. Her F A er den arkimedeiske kraften som virker i væsken. Derfor følger det

Derfor, for å finne den arkimedeiske kraften som virker på et legeme i en hvilken som helst væske, må denne kroppen veies i luft og i væsken. Forskjellen mellom de oppnådde verdiene vil være den arkimedeiske (oppdriftskraften).

Med andre ord, med tanke på formel (1.32), kan vi si:

Den flytende kraften som virker på et legeme nedsenket i en væske er lik vekten av væsken som fortrenges av dette legemet.

Den arkimedeiske kraften kan også bestemmes teoretisk. For å gjøre dette, anta at en kropp nedsenket i en væske består av den samme væsken som den er nedsenket i. Vi har rett til å anta dette, siden trykkkreftene som virker på et legeme nedsenket i en væske ikke er avhengig av stoffet det er laget av. Så søkte den arkimedeiske styrken på et slikt legeme F A vil bli balansert av tyngdekraften nedover mogg(hvor m f er massen av væske i volumet til et gitt legeme):

Men tyngdekraften er lik vekten av den fortrengte væsken Rf. På denne måten.

Gitt at massen til en væske er lik produktet av dens tetthet ρ w på volum kan formel (1.33) skrives som:

hvor Vog er volumet av den fortrengte væsken. Dette volumet er lik volumet til den delen av kroppen som er nedsenket i væsken. Hvis kroppen er helt nedsenket i væsken, faller den sammen med volumet V av hele kroppen; hvis kroppen er delvis nedsenket i væsken, så volumet Vog volum fortrengt væske V kropper (fig. 1.39).

Formel (1.33) er også gyldig for den arkimedeiske kraften som virker i en gass. Bare i dette tilfellet er det nødvendig å erstatte tettheten til gassen og volumet av den fortrengte gassen, og ikke væsken, i den.

I lys av det foregående kan Arkimedes lov formuleres som følger:

Ethvert legeme nedsenket i en væske (eller gass) i hvile er utsatt for en flytekraft som virker på siden av denne væsken (eller gassen). lik produktet væske (eller gass) tetthet, akselerasjon fritt fall og volumet av den delen av kroppen som er nedsenket i en væske (eller gass).

Flytekraften som virker på en kropp nedsenket i en væske er lik vekten av væsken som fortrenges av den.

"Eureka!" ("Funnet!") - dette utropet, ifølge legenden, ble utstedt av den gamle greske forskeren og filosofen Archimedes, etter å ha oppdaget prinsippet om forskyvning. Legenden forteller at den syrakusiske kongen Heron II ba tenkeren om å avgjøre om kronen hans var laget av rent gull uten å skade selve kongekronen. Det var ikke vanskelig for Arkimedes å veie kronen, men dette var ikke nok - det var nødvendig å bestemme volumet på kronen for å beregne tettheten til metallet den ble støpt fra, og for å finne ut om det var rent gull .

Videre, ifølge legenden, kastet Arkimedes, opptatt av tanker om hvordan man skulle bestemme volumet av kronen, ned i badekaret - og merket plutselig at vannstanden i badekaret hadde steget. Og så innså forskeren at volumet av kroppen hans fortrengte et likt volum vann, derfor vil kronen, hvis den senkes ned i et basseng fylt til randen, fortrenge et volum vann som er lik volumet. Løsningen på problemet ble funnet, og ifølge den vanligste versjonen av legenden løp forskeren for å rapportere seieren i kongelig palass uten engang å bry seg om å kle på seg.

Det som er sant er imidlertid sant: det var Arkimedes som oppdaget oppdriftsprinsipp. Hvis et fast legeme er nedsenket i en væske, vil det fortrenge et volum væske som er lik volumet til den delen av kroppen som er nedsenket i væsken. Trykket som tidligere virket på det fortrengte fluidet vil nå virke på det faste stoffet som fortrengte det. Og hvis flytekraften som virker vertikalt oppover er større enn tyngdekraften som trekker kroppen vertikalt nedover, vil kroppen flyte; ellers vil den gå til bunnen (drukne). snakker moderne språk, flyter kroppen hvis den gjennomsnittlig tetthet mindre enn tettheten til væsken den er nedsenket i.

Arkimedes lov kan tolkes i form av molekylær kinetisk teori. I en væske i hvile produseres trykk av påvirkningene fra bevegelige molekyler. Når et visst volum væske fortrenges fast, vil den oppadgående impulsen av molekylære støt ikke falle på molekylene til væsken som fortrenges av kroppen, men på kroppen selv, noe som forklarer trykket som utøves på den nedenfra og skyver den mot overflaten av væsken. Hvis kroppen er helt nedsenket i væsken, vil flytekraften fortsatt virke på den, siden trykket øker med dybden, og Nedre del kroppen utsettes for mer trykk enn den øvre, hvorfra flytekraften oppstår. Dette er forklaringen på oppdriftskraften på molekylært nivå.

Dette oppdriftsmønsteret forklarer hvorfor et skip laget av stål, som er mye tettere enn vann, holder seg flytende. Faktum er at volumet av vann som fortrenges av skipet er lik volumet stål nedsenket i vann pluss volumet av luft inne i skipets skrog under vannlinjen. Hvis vi midler tettheten av skallet på skroget og luften inne i det, viser det seg at tettheten til skipet (som en fysisk kropp) er mindre enn tettheten til vann, så oppdriftskraften som virker på det som et resultat av de oppadgående virkningsimpulsene til vannmolekyler viser seg å være høyere tyngdekraft Jordens tyngdekraft, trekker skipet til bunnen - og skipet flyter.

Flytekraften som virker på en kropp nedsenket i en væske er lik vekten av væsken som fortrenges av den.

Videre, ifølge legenden, kastet Arkimedes, opptatt av tanker om hvordan man skulle bestemme volumet av kronen, ned i badekaret - og merket plutselig at vannstanden i badekaret hadde steget. Og så innså forskeren at volumet av kroppen hans fortrengte et likt volum vann, derfor vil kronen, hvis den senkes ned i et basseng fylt til randen, fortrenge et volum vann som er lik volumet. Løsningen på problemet ble funnet, og ifølge den vanligste versjonen av legenden løp forskeren for å rapportere seieren til det kongelige palasset, uten engang å bry seg om å kle på seg.

Det som er sant er imidlertid sant: det var Arkimedes som oppdaget prinsippet om oppdrift. Hvis et fast legeme er nedsenket i en væske, vil det fortrenge et volum væske som er lik volumet til den delen av kroppen som er nedsenket i væsken. Trykket som tidligere virket på det fortrengte fluidet vil nå virke på det faste stoffet som fortrengte det. Og hvis flytekraften som virker vertikalt oppover er større enn tyngdekraften som trekker kroppen vertikalt nedover, vil kroppen flyte; ellers vil den gå til bunnen (drukne). I moderne termer flyter en kropp hvis dens gjennomsnittlige tetthet er mindre enn tettheten til væsken den er nedsenket i.

At en viss kraft virker på en kropp nedsenket i vann er velkjent for alle: tunge kropper blir liksom lettere - for eksempel vår egen kropp når den er nedsenket i et badekar. Ved å svømme i en elv eller i havet kan du enkelt løfte og flytte veldig tunge steiner langs bunnen - slik at vi ikke kan løfte på land; det samme fenomenet observeres når en hval av en eller annen grunn skylles opp på kysten - utenfor vannmiljø dyret kan ikke bevege seg - vekten overstiger evnene til muskelsystemet. Samtidig motstår lette kropper å bli nedsenket i vann: det krever både styrke og fingerferdighet å senke en ball på størrelse med en liten vannmelon; mest sannsynlig vil det ikke være mulig å senke en ball med en diameter på en halv meter. Det er intuitivt klart at svaret på spørsmålet om hvorfor en kropp flyter (og en annen synker) er nært knyttet til virkningen av en væske på en kropp som er nedsenket i den; man kan ikke være fornøyd med svaret at lette kropper flyter og tunge kropper synker: en stålplate vil selvfølgelig synke i vann, men hvis en boks er laget av den, så kan den flyte; mens vekten hennes ikke endret seg. For å forstå arten av kraften som virker på et nedsenket legeme fra væsken, er det nok å vurdere et enkelt eksempel (fig. 1).

En kube med kant a er nedsenket i vann, og både vannet og kuben står stille. Det er kjent at trykket i en tung væske øker proporsjonalt med dybden - det er åpenbart at en høyere væskesøyle presser sterkere på basen. Det er mye mindre åpenbart (eller ikke i det hele tatt) at dette trykket virker ikke bare nedover, men også til sidene, og oppover med samme intensitet – dette er Pascals lov.

Hvis vi tar i betraktning kreftene som virker på kuben (fig. 1), så, på grunn av den åpenbare symmetrien, vil kreftene som virker på det motsatte sideflater, like og motsatt rettet - de prøver å komprimere kuben, men kan ikke påvirke balansen eller bevegelsen. Det er krefter som virker på over- og undersiden. La - dybden av nedsenking av oversiden, - tettheten til væsken, - tyngdeakselerasjonen; så press på øverste ansikt er lik

Og på bunnen

Trykkkraften er lik trykket multiplisert med arealet, dvs.

,
,

hvor er kanten på kuben, og kraften er rettet nedover, og kraften er rettet oppover. Dermed reduseres væskens virkning på kuben til to krefter - og og bestemmes av forskjellen deres, som er flytekraften:
Kraften er flytende, siden den nedre flaten selvfølgelig er plassert under den øvre og den oppadgående kraften er større enn den nedover. Verdien er lik volumet av kroppen (kuben), multiplisert med vekten av en kubikkcentimeter væske (hvis vi tar 1 cm som en lengdeenhet). Med andre ord er flytekraften, ofte referert til som den arkimedeiske kraften, lik vekten av væsken i kroppens volum og er rettet oppover. Denne loven etablerte den gamle grekeren vitenskapsmann Archimedes, en av verdens største vitenskapsmenn.

Hvis kroppen fri form(fig. 2) opptar et volum inne i væsken, da er væskens effekt på kroppen helt bestemt av trykket fordelt over kroppens overflate, og vi legger merke til at dette trykket er helt uavhengig av kroppens materiale - ("væsken bryr seg ikke om hva den skal legge press på").

For å bestemme den resulterende trykkkraften på overflaten av kroppen, må du mentalt fjerne den gitte kroppen fra volumet V og fylle (mentalt) dette volumet med den samme væsken. På den ene siden er det et kar med en væske i ro, på den andre siden inne i volumet - en kropp som består av en gitt væske, og denne kroppen er i likevekt under påvirkning av sin egen vekt (en tung væske) og trykket av væsken på overflaten av volumet. Siden vekten av væsken i kroppens volum er lik og balanseres av resultanten av trykkkreftene, er dens verdi lik vekten av væsken i volumet, dvs. .

Etter å ha gjort den omvendte erstatningen mentalt - å plassere denne kroppen i volumet og legge merke til at denne erstatningen ikke vil påvirke fordelingen av trykkkrefter på overflaten av volumet på noen måte, kan vi konkludere: en oppadgående kraft (Arkimedisk kraft) lik vekten av væsken virker på en kropp nedsenket i en tung væske i hvile i kroppen.

På samme måte kan det vises at hvis et legeme er delvis nedsenket i en væske, så er den arkimedeiske kraften lik vekten av væsken i volumet til den nedsenkede delen av kroppen. Hvis i dette tilfellet den arkimedeiske kraften er lik vekten, flyter kroppen på overflaten av væsken. Selvfølgelig, hvis den arkimedeiske kraften ved full nedsenking er mindre enn vekten av kroppen, vil den synke. Arkimedes introduserte konseptet egenvekt" , dvs. vekt per volumenhet av et stoff: ; hvis vi aksepterer det for vann, så en fast materie som den vil synke i, og når den vil flyte på overflaten; når kroppen kan flyte (henge) inne i væsken. Avslutningsvis bemerker vi at Arkimedes lov beskriver oppførselen til ballonger i luften (i hvile ved lave hastigheter).

Arkimedes lov kan tolkes fra molekylær kinetisk teoris synspunkt. I en væske i hvile produseres trykk av påvirkningene fra bevegelige molekyler. Når et visst volum væske fortrenges av et fast legeme, vil den oppadgående bevegelsen av molekylære støt ikke falle på væskemolekylene som fortrenges av kroppen, men på selve kroppen, noe som forklarer trykket som utøves på den nedenfra og skyver den mot overflaten av væsken. Hvis kroppen er helt nedsenket i væsken, vil oppdriftskraften fortsatt virke på den, siden trykket øker med økende dybde, og den nedre delen av kroppen utsettes for mer trykk enn den øvre, hvorfra oppdriftskraften oppstår . Dette er forklaringen på oppdriftskraften på molekylært nivå.

Dette oppdriftsmønsteret forklarer hvorfor et skip laget av stål, som er mye tettere enn vann, holder seg flytende. Faktum er at volumet av vann som fortrenges av skipet er lik volumet stål nedsenket i vann pluss volumet av luft inne i skipets skrog under vannlinjen. Hvis vi midler tettheten av skallet på skroget og luften inne i det, viser det seg at tettheten til skipet (som en fysisk kropp) er mindre enn tettheten til vann, så oppdriftskraften som virker på det som et resultat av de oppadgående støtimpulsene fra vannmolekyler viser seg å være høyere enn jordens gravitasjonskraft, trekker skipet til bunnen, og skipet seiler.

Archimedes of Siracuse / Archimedes of Siracuse, ca. 287–212 f.Kr e.

Antikkens gresk matematiker, oppfinner og naturfilosof. Lite er kjent om livet hans. Han beviste en rekke grunnleggende matematiske teoremer, ble berømt takket være oppfinnelsen av forskjellige mekanismer, som fortsatt er mye brukt både i hverdagen og i forsvarsindustrien. Legenden sier at Archimedes døde voldelig død, etter å ha falt i hendene på en romersk soldat under beleiringen av Syracuse, og ønsket ikke å søke tilflukt i huset, fordi han var fullstendig absorbert geometrisk problem, innskrevet av ham på kystsanden.

Kommentarer: 1

Nikolay Gorkavy

Det begynte med det faktum at kong Hieron II inviterte Arkimedes til palasset sitt, skjenket ham den beste vinen, spurte om helsen hans, og så viste ham en gyllen krone laget for herskeren av en hoffjuveler. "Jeg forstår ikke smykker, men jeg forstår mennesker," sa Hieron. – Og jeg tror at gullsmeden lurer meg. Kongen tok en gullbarre fra bordet. – Jeg ga ham akkurat den samme barren, og han laget en krone av den. Vekten på kronen og barren er den samme, min tjener sjekket den. Men jeg er ikke i tvil om sølv er blandet inn i kronen? Du, Arkimedes, er den største vitenskapsmannen i Syracuse, og jeg ber deg sjekke dette, for hvis kongen tar på seg en falsk krone, vil til og med gateguttene le av ham ...

Bevegelsen av en fysisk kropp i én dimensjon er ikke avhengig av dens bevegelse i de to andre dimensjonene. Flybanen til en kanonkule er for eksempel en kombinasjon av to uavhengige bevegelsesbaner: jevn bevegelse horisontalt med hastigheten som kanonen gir, og jevnt akselerert bevegelse vertikalt under påvirkning av tyngdekraften.

Du kan ha opplevd merkelige fysiske fornemmelser i høyhastighetsheiser: når heisen beveger seg opp (eller bremser ned når du beveger deg ned), blir du presset mot gulvet, og du føler at du er et øyeblikk tungt; og i øyeblikket av bremsing når du beveger deg opp (eller starter når du beveger deg ned), går gulvet i heisen bokstavelig talt under føttene dine. Du selv, kanskje uten å være klar over det, opplever samtidig effekten av prinsippet om ekvivalens av inert og gravitasjonsmasse. Når heisen beveger seg opp, beveger den seg med en akselerasjon som legges til akselerasjonen på grunn av tyngdekraften i den ikke-tregne (akselererte) referanserammen knyttet til heisen, og vekten din øker. Men så snart heisen når "cruisehastighet", begynner den å bevege seg jevnt, "vektøkningen" forsvinner, og vekten din går tilbake til din vanlige verdi. Dermed gir akselerasjon samme effekt som tyngdekraften.

I klassisk newtonsk mekanikk er enhver kraft bare en tiltrekkende eller frastøtende kraft, forårsaker endring arten av bevegelsen til den fysiske kroppen. I moderne kvanteteorier, imidlertid begrepet kraft (nå tolket som samspillet mellom elementære partikler) tolkes noe annerledes. Kraftinteraksjonen anses nå å være et resultat av en interaksjonsbærerpartikkelutveksling mellom to samvirkende partikler. Med denne tilnærmingen skyldes den elektromagnetiske interaksjonen mellom for eksempel to elektroner utvekslingen av et foton mellom dem, og på samme måte fører utvekslingen av andre mellomliggende partikler til fremveksten av tre andre typer interaksjoner.

Newtons lover – avhengig av hvordan du ser på dem – representerer enten slutten på begynnelsen eller begynnelsen på slutten av klassisk mekanikk. Uansett er dette et vendepunkt i historien. fysisk vitenskap- en strålende samling av alt det akkumulerte til det historisk øyeblikk bevegelseskunnskap fysiske kropper innenfor fysisk teori som nå kalles klassisk mekanikk. Vi kan si at historiens nedtelling begynte med Newtons bevegelseslover. moderne fysikk og naturvitenskap generelt.

Når den først har begynt å bevege seg, har kroppen en tendens til å fortsette å bevege seg. Newtons første lov om mekanikk sier: hvis en kropp beveger seg, så i fravær av ytre påvirkninger den vil fortsette å bevege seg i en rett linje og jevnt til den blir påvirket av ekstern kraft. Denne trenden kalles lineært momentum. På samme måte vil et legeme som roterer rundt sin akse, i fravær av krefter som hindrer rotasjon, fortsette å rotere, siden det roterende legemet har en viss bevegelse, uttrykt i formen vinkelmomentum momentum eller kort fortalt vinkelmoment eller rotasjonsmoment.

Standardmodellen kalles nå teorien den beste måten reflekterer våre ideer om kildematerialet som universet opprinnelig ble bygget fra. Den beskriver også hvordan materie dannes fra disse grunnleggende komponenter, og kreftene og mekanismene for samhandling mellom dem.

Galileo Galilei er en av personene som ble berømt i det hele tatt for det de burde ha hatt den velfortjente berømmelsen. Alle husker hvordan denne italienske naturforskeren på slutten av sitt liv ble stilt for retten av inkvisisjonen på mistanke om kjetteri og tvunget til å gi avkall på troen på at jorden dreier seg rundt solen. Egentlig dette prøve praktisk talt ikke påvirket utviklingen av vitenskap - i motsetning til eksperimentene tidligere utført av Galileo og konklusjonene han gjorde på grunnlag av disse eksperimentene, som faktisk forutbestemte videre utvikling mekanikk som en gren av fysisk vitenskap

Magnetfeltet på et punkt i rommet skapt av et lite stykke leder som strømmer gjennom elektrisitet, proporsjonal med strømmens styrke, omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden fra dette punktet til lederen og er rettet vinkelrett på både strømmen og retningen til lederen.

I en roterende referanseramme opplever observatøren virkningen av en kraft som tar ham bort fra rotasjonsaksen. Du har sannsynligvis opplevd ubehag når bilen du kjører i en skarp sving. Det så ut til at du nå vil bli kastet til siden av veien. Og hvis du husker lovene til newtonsk mekanikk, viser det seg at siden du bokstavelig talt ble presset inn i døren, så virket en viss kraft på deg. Det blir ofte referert til som "sentrifugalkraft". Det er på grunn av sentrifugalkraften at den er så betagende i skarpe svinger, når denne kraften presser deg mot siden av bilen. (Forresten, dette begrepet, avledet fra latinske ord sentrum ("sentrum") og fugus ("løping"), introdusert i vitenskapelig bruk i 1689 av Isaac Newton.)

Og gassstatikk.

Encyklopedisk YouTube

1 / 5
Arkimedes lov er formulert som følger: en flytende kraft virker på et legeme nedsenket i en væske (eller gass), lik vekten av væsken (eller gassen) i volumet av den nedsenkede delen av kroppen. Kraften kalles kraften til Archimedes:
F A = ρ g V , (\displaystyle (F)_(A)=\rho (g)V,)
hvor ρ (\displaystyle \rho ) er tettheten til væsken (gassen), g(\displaystyle(g))- akselerasjon fritt fall, og V (\displaystyle V)- volumet av den nedsenkede delen av kroppen (eller delen av volumet av kroppen under overflaten). Hvis et legeme flyter på overflaten (beveger seg jevnt opp eller ned), er flytekraften (også kalt arkimedesk kraft) lik absolutt verdi (og motsatt i retning) til tyngdekraften som virker på væskevolumet (gass) ) fortrengt av kroppen, og påføres tyngdepunktet til dette volumet.

Det skal bemerkes at kroppen må være fullstendig omgitt av væsken (eller krysse overflaten av væsken). Så for eksempel kan Arkimedes lov ikke brukes på en kube som ligger på bunnen av tanken og berører bunnen hermetisk.
Når det gjelder et legeme som er i en gass, for eksempel i luft, for å finne løftekraften, er det nødvendig å erstatte væskens tetthet med tettheten til gassen. For eksempel flyr en ballong med helium oppover på grunn av at tettheten av helium er mindre enn tettheten til luft.
Arkimedes lov kan forklares ved å bruke forskjellen i hydrostatisk trykk ved å bruke eksemplet med et rektangulært legeme.
P B − P A = ρ g h (\displaystyle P_(B)-P_(A)=\rho gh) F B − F A = ρ g h S = ρ g V , (\displaystyle F_(B)-F_(A)=\rho ghS=\rho gV,)
hvor P A, P B- trykkpunkter EN og B, ρ - væsketetthet, h- nivåforskjell mellom poeng EN og B, S- arealet av horisontalen tverrsnitt kropp, V- volumet til den nedsenkede delen av kroppen.
I teoretisk fysikk brukes Arkimedes lov også i integrert form:
F A = ∬ S p d S (\displaystyle (F)_(A)=\iint \limits _(S)(p(dS))),
hvor S (\displaystyle S) - flateareal, p (\displaystyle p)- trykk inn vilkårlig poeng, integrasjon utføres over hele overflaten av kroppen.
I fravær av et gravitasjonsfelt, det vil si i en tilstand av vektløshet, fungerer ikke Arkimedes lov. Astronauter er godt kjent med dette fenomenet. Spesielt i vektløshet er det ikke noe fenomen med (naturlig) konveksjon, derfor for eksempel luftkjøling og ventilasjon av borom romfartøy produsert med makt, av fans.

Generaliseringer

En viss analog av Arkimedes lov er også gyldig i ethvert felt av krefter som virker annerledes på en kropp og på en væske (gass), eller i et inhomogent felt. For eksempel refererer dette til feltet for krefter treghet (for eksempel sentrifugalkraft) - sentrifugering er basert på dette. Et eksempel på et felt av ikke-mekanisk natur: en diamagnet i vakuum forskyves fra et område med et magnetfelt med større intensitet til et område med mindre intensitet.

Avledning av Arkimedes lov for en kropp med vilkårlig form

Hydrostatisk trykk av en væske i dybden h (\displaystyle h) det er p = ρ g h (\displaystyle p=\rho gh). Samtidig vurderer vi ρ (\displaystyle \rho ) væsker og intensiteten til gravitasjonsfeltet konstanter, a h (\displaystyle h)- parameter. La oss ta en vilkårlig formet kropp med et volum som ikke er null. La oss introdusere et rett ortonormalt koordinatsystem O x y z (\displaystyle Oxyz), og velg retningen til z-aksen som faller sammen med retningen til vektoren g → (\displaystyle (\vec (g))). Null langs z-aksen er satt på overflaten av væsken. La oss skille ut et elementært område på overflaten av kroppen d S (\displaystyle dS). Det vil bli påvirket av væsketrykkkraften rettet inn i kroppen, d F → A = − p d S → (\displaystyle d(\vec (F))_(A)=-pd(\vec (S))). For å få kraften som vil virke på kroppen, tar vi integralet over overflaten:
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 ∫ z d V = − ρ g e → z ∫ V d V = (ρ g V) (− e → z) (\displaystyle (\vec (F))_(A)=-\int \limits _(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 \limits _(V)((\vec (e))_(z)dV)=-\rho g(\vec (e))_(z)\int \limits _(V)(dV)=(\ rho gV)(-(\vec (e))_(z)))
Når vi går fra integralet over overflaten til integralet over volumet, bruker vi det generaliserte Ostrogradsky-Gauss-teoremet.
∗ h (x, y, z) = z; ∗ ∗ g r a d (h) = ∇ h = e → z (\displaystyle ()^(*)h(x,y,z)=z;\quad ^(**)grad(h)=\nabla h=( \vec (e))_(z))
Vi får at modulen til Arkimedes-kraften er lik ρ g V (\displaystyle \rho gV), og den er rettet i retning motsatt retningen til gravitasjonsfeltstyrkevektoren.

En annen formulering (hvor ρ t (\displaystyle \rho _(t))- kroppstetthet, ρ s (\displaystyle \rho _(s)) er tettheten til mediet den er nedsenket i).