Архимедова сила
⚡ Физика · 7 класс
Архимедова сила: почему тела всплывают
Архимедова сила (выталкивающая сила) — это сила, с которой жидкость или газ действует на погружённое в них тело, выталкивая его вверх. Она возникает потому, что давление в жидкости растёт с глубиной: на нижнюю грань тела жидкость давит сильнее, чем на верхнюю, и разница этих давлений толкает тело вверх.
Закон Архимеда читается так: на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (газа) в объёме погружённой части тела.
Расчётная формула
Архимедову силу вычисляют по формуле F = ρ·g·V, где ρ — плотность жидкости (а не тела!), g — ускорение свободного падения (около 9,8 Н/кг, в задачах часто берут 10 Н/кг), V — объём погружённой части тела.
Обрати внимание: в формулу входит плотность жидкости. Именно поэтому в солёной воде (плотность около 1030 кг/м³) плавать легче, чем в пресной (1000 кг/м³) — выталкивающая сила чуть больше.
Условия плавания тел
Будет тело тонуть, плавать или всплывать, определяет соотношение силы тяжести тела и архимедовой силы. Удобнее сравнивать плотности тела и жидкости.
| Соотношение сил | Соотношение плотностей | Что происходит |
|---|---|---|
| сила тяжести больше выталкивающей | плотность тела больше плотности жидкости | тело тонет |
| силы равны | плотности равны | тело плавает внутри жидкости |
| выталкивающая больше силы тяжести | плотность тела меньше плотности жидкости | тело всплывает |
Когда тело всплыло и плавает на поверхности, оно погружается ровно настолько, чтобы вес вытесненной воды сравнялся с весом тела. Поэтому железный гвоздь тонет, а стальной корабль плавает: внутри корпуса много воздуха, и средняя плотность судна меньше плотности воды.
Разбор задачи
Тело объёмом 0,002 м³ полностью погрузили в воду. Найдём архимедову силу.
Дано: V = 0,002 м³; ρ = 1000 кг/м³; g = 10 Н/кг
Формула: F = ρ·g·V
Подставляем: F = 1000 · 10 · 0,002
Считаем: F = 20 Н
Ответ: выталкивающая сила равна 20 Н
Если вес тела в воздухе был, например, 15 Н, то в воде оно будет всплывать, ведь 20 Н больше 15 Н.
Частые ошибки. Не подставляйте в формулу плотность тела вместо плотности жидкости — это самая распространённая ошибка. Также следите за единицами: объём должен быть в кубических метрах. И помните: архимедова сила не зависит от глубины погружения (пока тело целиком в жидкости) и от плотности самого тела.
Кратко о главном
- Архимедова сила выталкивает тело вверх и равна весу вытесненной жидкости.
- Формула:
F = ρ·g·V, где ρ — плотность жидкости. - Тело тонет, плавает или всплывает в зависимости от соотношения плотностей тела и жидкости.
- Сила не зависит от глубины и от плотности тела — только от объёма погружённой части.
- Корабли держатся на воде за счёт малой средней плотности корпуса.