Forza di Archimede

Facciamo un semplice esperimento: prendere una palla di gomma leggermente gonfiata e "pritopim" nell'acqua. Se la profondità di immersione è pari a 1-2 metri, allora è facile vedere che il suo volume diminuirà, vale a dire. da tutti i lati la palla è stata spremuta da una certa forza. Di solito si dice che la pressione idrostatica è "colpevole" qui - un analogo fisico della forza che agisce in fluidi immobili su un corpo immerso. Le forze idrostatiche agiscono sul corpo da tutti i lati, e la loro risultante, conosciuta come la forza di Archimede, è anche chiamata forza di galleggiamento, che corrisponde alla sua direzione di azione sul corpo immerso nel liquido.

Archimede ha aperto la sua legge in modo puramente sperimentale,e la sua giustificazione teorica attendeva quasi 2000 anni prima che Pascal scoprisse la legge dell'idrostatica per un liquido fisso. Secondo questa legge, la pressione viene trasmessa attraverso il liquido in tutte le direzioni, indipendentemente dall'area a cui agisce, su tutti i piani che delimitano il liquido, e il suo valore P è proporzionale alla superficie S ed è diretto lungo la sua normale. Pascal ha scoperto e testato questa legge sull'esperienza nel 1653. Secondo lui, la pressione idrostatica agisce su tutte le superfici del corpo immerse nel liquido.

Supponiamo che un corpo sia immerso in una nave con acquaforma di un cubo con un bordo L ad una profondità H è la distanza dalla superficie dell'acqua alla faccia superiore. Il bordo inferiore è ad una profondità di H + L. Il vettore della forza F1 che agisce sulla faccia superiore è diretto verso il basso e F1 = r * g * H * S, dove r è la densità del liquido, g è l'accelerazione dovuta alla gravità.

Il vettore della forza F2 che agisce sul piano inferiore è diretto verso l'alto, e il suo valore è determinato dall'espressione F2 = r * g * (H + L) * S.

Vettori di forze che agiscono sulle superfici laterali,sono mutuamente equilibrati, quindi in futuro sono esclusi dalla considerazione. La forza di Archimede è F2> F1 ed è diretta dal basso verso l'alto e viene applicata al bordo inferiore del cubo. Definiamo il suo valore F:

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

Nota che L * S è il volume del cubo V, e così via. r * g = p è il peso di un'unità di fluido, la formula della forza di Archimedian determina il peso del volume del liquido uguale al volume del cubo, cioè questo è solo il peso del fluido spostato dal corpo. È interessante dire che la legge di Archimede è possibile solo per un ambiente in cui è presente la gravità: sotto la gravità zero la legge non funziona. Infine, la formula della legge di Archimede ha la seguente forma:

F = p * V, dove p è il peso specifico del liquido.

La forza di Archimede può servire come baseanalisi di galleggiabilità dei corpi. La condizione per l'analisi è il rapporto tra il peso del corpo immerso Pm e il peso del fluido Pg con un volume pari al volume della parte sommersa del corpo. Se Рт = Рж, allora il corpo galleggia nel liquido, e se Рт> Рж, allora il corpo affonda. Altrimenti, il corpo galleggia fino a quando la forza di galleggiamento è uguale al peso dell'acqua spinto dalla parte affogata del corpo.

La legge di Archimede e il suo uso hanno una lunga duratastoria della tecnologia, a partire da un classico esempio di applicazione in tutte le imbarcazioni conosciute e prima di palloni e dirigibili. Il ruolo qui è stato giocato dal fatto che il gas si riferisce a uno stato di materia che simula completamente il liquido. Allo stesso tempo, nell'ambiente aereo, la forza di Archimede agisce su qualsiasi oggetto, simile a quello di un liquido. I primi tentativi di fare un volo in mongolfiera furono fatti dai fratelli Montgolfier: riempirono il pallone di fumo caldo, per cui il peso del prigioniero nel pallone era inferiore al peso dello stesso volume di aria fredda. Questo è stato il motivo per l'aspetto della forza di sollevamento, e la sua entità è stata determinata come la differenza di peso di questi due volumi. Ulteriore miglioramento dei palloncini era un bruciatore che riscaldava continuamente l'aria all'interno della palla. È chiaro che l'intervallo di volo dipende dalla durata del bruciatore. In seguito, i dirigibili furono usati per riempire un gas con un peso specifico inferiore a quello dell'aria.