На тело, находящееся внутри жидкости, действуют две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и архимедова сила, направленная вертикально вверх. Под действием этих сил тело, если вначале оно было неподвижно, будет двигаться в сторону большей силы. При этом возможны три случая:
Рассмотрим последний случай подробнее.
Когда всплывающее тело достигнет поверхности жидкости, то при дальнейшем его движении вверх архимедова сила будет уменьшаться. Почему? Да потому, что будет уменьшаться объем погруженной части тела, а архимедова сила равна весу жидкости в объеме погруженной части тела.
Когда архимедова сила станет равной силе тяжести, тело остановится и будет плавать на поверхности жидкости, частично погрузившись в нее.
Полученный вывод легко проверить на опыте.
В отливной сосуд наливают воду до уровня боковой трубки. После этого в сосуд погружают плавающее тело (рис. 139), предварительно взвесив его в воздухе. Опустившись в воду, тело вытесняет объем воды, равный объему погруженной части тела. Взвесив эту воду, находят, что ее вес (архимедова била) равен силе тяжести, действующей на плавающее тело, или весу этого тела в воздухе.
Проделав такие же опыты с любыми другими телами, плавающими в разных жидкостях — в воде, спирте, в растворе соли, можно убедиться, что вес в воздухе плавающего тела равен весу жидкости, вытесненной телом.
Легко доказать, что если плотность сплошного твердого тела больше плотности жидкости, то тело в такой жидкости тонет. Тело с меньшей плотностью всплывает в этой жидкости. Тело же, плотность которого равна плотности жидкости, остается в равновесии внутри жидкости. Кусок железа, например, тонет в воде, но всплывает в ртути.
Плавает на поверхности воды и лед, так как его плотность меньше плотности воды.
Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость (рис. 140).
Две несмешивающиеся жидкости, например вода и керосин, располагаются в сосуде в соответствии со своими плотностями: в нижней части сосуда — более плотная вода (р = 1000 кг/м3), сверху—более легкий керосин (р = 800 кг/м3).
Плотность живых организмов, населяющих водную среду, мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается архимедовой силой. Благодаря этому водные животные не нуждаются в столь массивных скелетах, как наземные. По этой же причине эластичны стволы водных растений.
Интересный орган рыб — плавательный пузырь — обладает заметной — сжимаемостью, поэтому рыба легко меняет объем своего тела и тем самым среднюю плотность. Благодаря этому она может в определенных пределах регулировать глубину своего погружения.
Вопросы. 1. Как показать на опыте, что вес жидкости, вытесненной плавающим телом, равен весу тела в воздухе? 2. Чему равна выталкивающая сила, которая действует на тело, плавающее на поверхности жидкости? 3. Когда тело, находящееся в жидкости, всплывает? плавает? тонет? 4. Как зависит глубина погружения в жидкость плавающего тела от его плотности? 5. Чем объяснить, что водные животные не нуждаются в прочных скелетах? 6. Какую роль играет плавательный пузырь у рыб?
Упражнения.
3.На рисунке 142 изображено одно и то же тело, плавающее в двух разных жидкостях. Плотность, какой жидкости больше? Почему? Что можно сказать о силе тяжести, действующей на тело, и архимедовой силе в том и другом случае?
Задания
Высокий стеклянный сосуд (банку) наполняли водой, оставляя сверху сосуда небольшой объем воздуха. В этот сосуд опускали небольшую полую стеклянную фигурку. Фигурку заполняли частично водой и частично воздухом, так чтобы она только немного выходила из воды. Сверху стеклянный сосуд плотно закрывали куском тонкой кожи. Нажимая на эту кожу, можно было по желанию заставить фигурку плавать в воде и на воде, а также тонуть.
Изготовьте такой прибор и проделайте с ним опыты. Фигурку замените небольшим поплавком, а сосуд закройте, резиновой пленкой (рис. 143).
В другом варианте такой прибор изображен на рисунке 144. В бутылку воздух вдувают ртом через резиновую трубку.
Объясните действие прибора.
Продемонстрируйте на этом приборе закон Паскаля, архимедову силу и законы плавания тел.
Разница между энергией электрического поля и энергией магнитного поля примерно такая же, как между энергией,…
Когда-то легендарный пастух Магнес, нашел природный магнитный камень, притягивающий железо. В последствии этот камень назвали магнетит или магнитный…
В электрических цепях применяются различные способы соединения конденсаторов. Соединение конденсаторов может производиться: последовательно, параллельно и последовательно-параллельно (последнее иногда называют смешанное соединение конденсаторов). Существующие…
Обозначение конденсаторов на схемах определено ЕСКД ГОСТ 2.728-74. Обозначения условные графические в схемах. Резисторы, конденсаторы. Итак,…
Узнав, что же такое конденсатор, рассмотрим, какие бывают виды конденсаторов. Итак, виды конденсаторов можно классифицировать по…
Вся энергия заряженного конденсатора сосредотачивается в электрическом поле между его пластинами. Энергию, накопленную в конденсаторе, можно определить…