Закон Архимеда определяет принцип действия выталкивающей силы на объект, помещённый в жидкую или газообразную среду. Согласно этому физическому закону, величина силы соответствует массе вытесненного вещества. Это явление широко применяется в природных процессах, технике и повседневной жизни. Рассмотрим конкретные примеры.
Техника и транспорт
- Корабли и лодки – Даже тяжёлые металлические суда держатся на воде благодаря форме корпуса: они вытесняют большой объём воды, и сила Архимеда уравновешивает их вес.
- Подводные лодки – При погружении балластные цистерны заполняются водой, увеличивая общий вес. Когда нужно всплыть, воду вытесняют сжатым воздухом, уменьшая плотность лодки.
- Понтонные мосты – Держатся на плаву за счёт герметичных понтонов, которые создают достаточную выталкивающую силу.
- Спасательные жилеты и круги – Наполнены воздухом или лёгкими материалами, поэтому их плотность меньше воды, и они удерживают человека на поверхности.
- Буи – Плавучие устройства, которые остаются на поверхности благодаря закону Архимеда.
Воздухоплавание
- Воздушные шары – Наполненные гелием, они поднимаются, потому что плотность газа внутри меньше плотности окружающего воздуха.
- Дирижабли – Используют подъёмную силу лёгких газов (гелий, водород), чтобы оставаться в воздухе.
Природа и живые организмы
- Айсберги – Лёд имеет плотность ~900 кг/м³ (вода – 1000 кг/м³), поэтому 90% айсберга скрыто под водой.
- Плавательный пузырь рыб – Позволяет им регулировать глубину, изменяя объём газа внутри.
- Медузы – Их тело состоит на 95% из воды, поэтому они почти нейтрально плавучи.
Повседневная жизнь
- Поплавок в рыбалке – Удерживается на поверхности, так как его средняя плотность меньше плотности воды.
- Лёд в стакане – Всегда плавает, потому что его плотность меньше плотности жидкой воды.
Условие равновесия: когда сила тяжести равна силе Архимеда
- Рыба в толще воды – Если она не всплывает и не тонет, значит, её плотность равна плотности воды, и силы уравновешены.
- Подводный аппарат на постоянной глубине – Достигает нейтральной плавучести, регулируя балласт.
- Воздушный шар в неподвижном состоянии – Когда подъёмная сила равна его весу, он зависает в воздухе.
Заключение
Приведённые примеры демонстрируют широкое проявление закона Архимеда в природе, технике и повседневной жизни. Этот закон объясняет, почему одни объекты держатся на поверхности жидкости, а другие тонут. Он также является основой многих инженерных решений, позволяя человеку эффективно использовать свойства жидкостей и газов.