Причина
Нижняя грань испытывает большее давление, чем верхняя.
Действие жидкости и газа на погружённое в них тело
В воде камень легче удерживать, а отпущенный под водой мяч может всплыть. Это связано с выталкивающей силой, возникающей из-за давления среды на поверхность тела. Жидкость давит на погружённое тело со всех сторон.
Для прямоугольного тела силы на противоположные боковые грани равны и компенсируются. Верхняя грань находится на глубине h₁, нижняя — на большей глубине h₂. На верхнюю грань действует вниз сила F₁ = ρgh₁S, на нижнюю вверх — F₂ = ρgh₂S. Поскольку h₂ > h₁, сила снизу больше.
Равнодействующая сил давления направлена вверх: Fвыт = F₂ − F₁ = ρgS(h₂ − h₁). Разность глубин равна высоте тела, поэтому S(h₂ − h₁) = V и Fвыт = ρgV. Это вес жидкости, которая занимала бы объём погружённого тела. Здесь ρ относится к жидкости, а не к материалу тела.
В опыте груз подвешивают на пружине со стрелкой и отмечают её растяжение. При опускании груза в воду растяжение уменьшается. Такой же результат даёт дополнительное действие на груз снизу вверх: опыт обнаруживает выталкивание со стороны воды.
Выталкивание существует и в газах. Уравновешенную на весах закрытую колбу окружают более плотным углекислым газом. Действующая на неё выталкивающая сила увеличивается, и колба поднимается, нарушая равновесие весов. Сила направлена противоположно силе тяжести.
Поэтому действие неподвижно удерживаемого тела на подвес в жидкости или газе меньше, чем в вакууме. Само тяготение и масса тела при погружении не исчезают: уменьшается нагрузка на подвес за счёт дополнительной силы среды.
Давление жидкости на нижнюю часть погружённого тела больше, чем на верхнюю. Возникает выталкивающая сила вверх, равная весу вытесненной жидкости: \(F_{\text{выт}}=\rho gV_{\text{погр}}\). Газы тоже выталкивают тела.
Какие жизненные явления подтверждают выталкивающую силу?
Камень легче удерживать под водой, мяч всплывает после отпускания под поверхностью, пробка плавает, гелиевый шар способен подниматься в воздухе. Во всех случаях среда действует на тело результирующей силой, противоположной тяжести.
Чему равна выталкивающая сила для погружённого тела?
В обычной покоящейся среде \(F_A=\rho_{\text{среды}}gV_{\text{погр}}\), то есть весу вытесненной среды. Для частичного погружения берут объём только погружённой части, а не полный объём тела.
Почему жидкость выталкивает тело?
Давление на нижние части тела больше, чем на верхние, поскольку они глубже. Силы на противоположных боковых участках компенсируются; остаётся направленная вверх разность вертикальных сил. Тяжесть создаёт перепад давления среды, а выталкивающая сила — результирующая её давления на тело.
Как показать выталкивающую силу газа и чем заменить углекислый газ?
Закрытую колбу уравновешивают грузом и окружают колбу более плотным газом: выталкивающая сила на неё увеличивается, её сторона поднимается. Вместо CO₂ подойдёт иной газ плотнее воздуха, например аргон; это учебная демонстрация с подходящим оборудованием и вентиляцией. Ни домашнего получения газов, ни выбора токсичных или горючих газов не требуется. В более лёгком газе эффект был бы противоположным.
Вопросы в тексте
Задали работу по теме параграфа?
Реферат, доклад или проект по параграфу: план, текст, таблицы и оформление по требованиям.
ВНИМАНИЕ: Представленные фрагменты из учебных материалов используются исключительно в научно-образовательных целях в объеме, оправданном поставленной целью.
Данное использование осуществляется в рамках, установленных законодательством об авторском праве (в частности, нормами о свободном использовании произведения для образовательных целей).
В соответствии с законодательством, автор и источник заимствования указаны для каждого используемого фрагмента.