Архимедова сила. Условия плавания тел. Водный транспорт. Воздухоплавание.
Существование гидростатического давления приводит к тому, что на любое тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила. Впервые значение этой силы в жидкостях определил на опыте Архимед.
Закон Архимеда формулируется так: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу того количества жидкости или газа, которое вытеснено погруженной частью тела.
Fa=ρжgVт=Pж ,
где Vт - объем тела (т. е. объем жидкости, вытесненной погруженным телом); Pж - вес вытесненной жидкости.
Доказать это можно с помощью опыта с ведерком Архимеда. К пружине подвешивают ведерко Архимеда и тело цилиндрической формы. Пружина растягивает и стрелка показывает вес тела в воздухе. Приподняв тело, под него подставляют отливной сосуд, наполненный жидкостью до уровня отливной трубки. После чего тело погружают целиком в жидкость. Часть жидкости выливается в стакан. Стрелка показывает вес тела в жидкости. Если в ведерко вылить часть жидкости из стакана, то стрелка вернется к своему начальному положению.
Следовательно, выталкивающая сила по модулю равна весу жидкости, вытесненной погруженной частью тела.
Закон Архимеда справедлив только при наличии тяжести. В условиях невесомости он не выполняется.
Условие плавания тела:
На тело, находящееся в жидкости, действуют две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и сила Архимеда, направленная вертикально вверх.
1) Если Fт>FA - тело тонет;
2) Если Fт=FA - тело плавает в жидкости или газе;
3) Если Fт<FA - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.
Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость.
1) Если ρт>ρж - тело тонет;
2) Если ρт=ρж - тело плавает в жидкости или газе;
3) Если ρт<ρж - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.
Водный транспорт.
Вес воды, вытесняемой подводной частью судна, равен весу судна с грузом в воздухе или силе тяжести, действующей на судно с грузом.
Осадка – глубина, на которую судно погружается в воду.
Ватерлиния – красная линия на корпусе судна, отмечает наибольшую допустимую осадку.
Водоизмещение – вес воды, вытесняемой судном при погружении до ватерлинии.
Воздухоплавание.
Аэростат – воздушный шар, который перемещается только под действием ветра.
Дирижабли – управляемые аэростаты.
Подъемная сила – вес груза, который может поднять шар
Билет № 13.
Работа. Мощность. Потенциальная энергия поднятого тела, сжатой пружины. Кинетическая энергия движущегося тела. Превращение одного вида механической энергии в другой. Закон сохранения механической энергии.
Сила, действующая на тело, может выполнить механическую работу если:
1) есть перемещение;
2) угол между вектором силы и перемещением не равен 90º .
Работа силы есть алгебраическая величина, равная произведению модуля силы, модуля перемещения и косинуса угла между ними.
; [A]=Дж
Работа может быть положительной, если 0≤ <90º, или отрицательной, если 90º<
≤180º. Сила, выполняющая положительную работу, наз. движущей. Сила, выполняющая отрицательную работу, наз. силой сопротивления. Если на тело действует несколько сил, и вычисляют «А» каждой силы, а затем складывают полученные работы.
Различные механизмы затрачивают разное время на выполнение работы. Характеристикой быстроты выполнения работы является мощность.
Мощность – отношения модуля работы ко времени ее выполнения.
; =>
или
; [N] =Вт
Чтобы охарактеризовать способность тел выполнять, работу введено понятие энергии.
Механическая энергия– физическая величина, равная максимальной работе, которую способно совершить тело.
Измеряется в джоулях (Дж).
Энергия бывает двух видов:
1. Кинетическая – энергия, обусловленная перемещением. Ею обладают все движущиеся тела.
2. Потенциальная – энергия, зависящая от взаимного расположения взаимодействующих тел или частиц тела.
Потенциальная энергия поднятого тела, ;
Потенциальная энергия сжатой пружины.
Закон сохранения механической энергии: