Под водой мы можем легко поднять камень, который с трудом поднимаем в воздухе. Если погрузить пробку под воду и выпустить там ее из рук; то она всплывет. Как можно объяснить эти явления? Мы знаем, что жидкость давит на дно и стенки сосуда, а если внутрь ее поместить какое-нибудь твердое тело, то оно также будет подвергаться давлений.
Рассмотрим силы давления, которые действуют со стороны жидкости на погруженное в нее тело. Чтобы легче было рассуждать, выберем тело, которое имеет форму параллелепипеда с основаниями, параллельными свободной поверхности жидкости (рис. 135). Силы, действующие на боковые грани тела, попарно равны и уравновешивают друг друга. Под действием этих сил тело только сжимается. А вот силы, действующие на верхнюю и нижнюю грани тела, неодинаковы. На верхнюю грань давит сверху с силой F1, столб жидкости высотой h1. На уровне нижней грани тела давление производит столб жидкости высотой h2. Это давление, как мы знаем, передается внутри жидкости во все стороны. Следовательно, на нижнюю грань тела снизу вверх с силой F2 давит столб жидкости высотой h2. Но h2 больше h1 следовательно, и модуль силы F2 больше модуля силы F1. Поэтому тело выталкивается из жидкости с силой F, равной разности сил F2—F1.
Существований силы, выталкивающей тело из жидкости, легко обнаружить на опыте.
На рисунке 136, α изображено тело, подвешенное к пружине со стрелкой на конце. Растяжение пружины отмечает на штативе стрелка-указатель. При опускании тела в воду пружина сокращается (рис. 136, б). Такое же сокращение пружины получится, если действовать на тело снизу вверх с некоторой силой, например рукой.
Следовательно, опыт подтверждает, что на тело, находящееся в жидкости, действует сила, выталкивающая это тело из жидкости.
Газы, как мы знаем, во многом схожи с жидкостями. К ним, также применим закон Паскаля. Поэтому и на тела, находящиеся в газе, действует сила, выталкивающая их из газа. Под действием этой силы воздушные шары поднимаются вверх. Существование силы, выталкивающей тело из газа, можно также наблюдать на опыте.
К укороченной чашке весов подвешивают стеклянный шар или большую колбу, закрытую пробкой. Весы уравновешивают. Затем под колбу (или шар) ставят широкий сосуд так, чтобы он окружал всю колбу. Сосуд наполняют углекислым газом, плотность которого больше плотности воздуха. При этом равновесие весов нарушается. Чашка с подвешенной колбой поднимается вверх (рис. 137). На колбу, погруженную в углекислый газ, действует большая выталкивающая сила по сравнению е той, которая действует на нее в воздухе,
Сила, выталкивающая тело из жидкости или газа, направлена противоположно силе тяжести, приложенной к этому телу, поэтому если какое-либо тело взвесить в жидкости или газе, то его вес окажется меньше веса в вакууме (пустоте).
Именно этим объясняется, что в воде мы достаточно легко поднимаем тела, которые с трудом удерживаем в воздухе.
Архимед (287—212 гг, до нашей эры)—древнегреческий ученый, физик и математик. Установил правило рычага, открыл закон гидростатики, носящий его имя.
Вопросы.
- Какие известные вам из жизни явления указывают на существование выталкивающей силы?
- Как доказать, основываясь на законе Паскаля, существование выталкивающей силы, действующей на тело, погруженное в жидкость?
- Как показать на опыте, что на тело, находящееся в жидкости, действует выталкивающая сила?
- Как на опыте показать, что и на тело, находящееся в газе, действует выталкивающая сила?
