Выталкивающая сила в жидкостях и газах

Выталкивающая сила в жидкостях и газах

Опустите руку в воду — и почувствуете, что вода как будто выталкивает её наверх. Выталкивающая сила — это сила, с которой жидкость или газ действует на погружённое в них тело, направленная вверх. Из-за неё в воде предметы кажутся легче, а воздушный шар поднимается в небо.

Почему возникает выталкивающая сила

Жидкость давит на тело со всех сторон. Но давление в жидкости растёт с глубиной, поэтому на нижнюю грань тела давление больше, чем на верхнюю. Снизу жидкость давит сильнее, чем сверху, и в результате появляется сила, направленная вверх.

На всякое тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх, потому что давление снизу больше, чем сверху.

От чего зависит выталкивающая сила

Опыты показывают, что выталкивающая сила зависит от плотности жидкости и от объёма погружённой части тела. Чем плотнее жидкость и чем больше объём тела, тем сильнее выталкивание. А вот от плотности самого тела и от глубины погружения она не зависит.

Опыт с ведёрком и отливным сосудом

Если погружать тело в сосуд, наполненный до края, вытесненная вода выльется. Взвесив её, замечают: выталкивающая сила равна весу вытесненной телом жидкости. Это наблюдение лежит в основе изучения плавания тел.

Разобранный пример

Тело весит в воздухе 5 Н. Когда его опустили в воду, динамометр показал 3 Н. Какова выталкивающая сила?

F_выт = P_воздух − P_вода = 5 Н − 3 Н = 2 Н

Значит, вода выталкивает тело с силой 2 Н.

Частые ошибки. Думают, что глубже выталкивает сильнее — нет, пока тело целиком под водой, сила одинакова. Путают: тяжёлое тело не значит, что на него действует меньшая выталкивающая сила — она зависит от объёма, а не от веса.

Где это встречается

• пловец легко держится на воде;
• воздушный шар с тёплым воздухом поднимается вверх;
• деревянный брусок всплывает;
• в солёной воде моря держаться на плаву легче, чем в пресной.

Выталкивающая сила в газах

Выталкивающая сила действует не только в жидкостях, но и в газах, ведь газ тоже давит на тело со всех сторон, и снизу давление чуть больше. Правда, плотность воздуха очень мала, поэтому в обычных условиях выталкивающая сила воздуха почти незаметна. Но если тело лёгкое и большое по объёму, она становится заметной. Именно так поднимаются воздушные шары и дирижабли: их наполняют лёгким газом или тёплым воздухом, и выталкивающая сила воздуха превосходит их вес.

Как сравнить выталкивающую силу и вес

Что произойдёт с телом в жидкости, зависит от того, как соотносятся выталкивающая сила и вес тела. Если выталкивающая сила меньше веса, тело тонет. Если они равны, тело плавает внутри жидкости. Если выталкивающая сила больше веса, тело всплывает на поверхность. Сравнивая эти две силы, можно заранее предсказать поведение любого предмета в воде.

Кратко о главном

• Выталкивающая сила направлена вверх.
• Возникает из-за того, что давление снизу больше, чем сверху.
• Зависит от плотности жидкости и объёма погружённой части тела.
• Равна весу вытесненной телом жидкости.