Закон Архимеда, плавание тел.

Закон Архимеда о силе, действующей на погруженное в воду тело, был сформулирован Архимедом за 250 лет до н.э.

На погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной этим телом.

Рассмотрим силы, действующие на погруженное в жидкость тело А (рис. 21):

- сила давления сверху ,

- сила давления снизу ,

- сила давления со стороны ,

- сила веса тела .

Сумма сил давления со стороны боковых граней равна нулю (т.к. они равны по величине, но направлены в разные стороны).

Суммарная сила давления на погруженное тело - выталкивающая сила (сила Архимеда) равна:

,

где - объем тела

Тогда сила Архимеда .

Из закона Архимеда следует, что на тело, погруженное в жидкость, в конечном счете действуют две силы: сила тяжести (вес тела) и выталкивающая архимедова сила . При этом могут иметь следующие основные случаи (рис. 22).

1. Если плотность жидкости и тела одинаковы , то наблюдается безразличное равновесие, т.к. , т.е. тело можно поместить на любую глубину и оно не будет ни всплывать, ни тонуть.

2. Если плотность жидкости меньше плотности тела , то сила веса больше выталкивающей силы и их равнодействующая направлена вниз. Тело будет тонуть.

3. Если плотность жидкости больше плотности тела , вес меньше выталкивающей силы . Погруженное в жидкость тело будет всплывать до тех пор, пока вследствие выхода части его над поверхностью жидкости архимедова сила не уравновесит вес тела. Тело будет плавать на поверхности.

Закон Ньютона о внутреннем трении жидкости.

Вязкость – это свойство реальной жидкости оказывать сопротивление относительному перемещению (сдвигу) отдельных частиц или слоев жидкости при приложении внешних сил. Вязкость проявляется лишь при течении жидкости.

Рассмотрим поток жидкости (рис. 1.1), условно состоящий как бы из отдельных слоев. Обозначим оси в прямоугольной системе координат. По оси абсцисс отложим скорость частиц жидкости в слое V, а по оси ординат – расстояние между слоями y.

Если ось V находится на дне водоема, то скорость в точке О равна нулю. Слои жидкости движутся с различной скоростью. Скорости слоев изменяются по параболической кривой.

При течении вязкой жидкости происходит проскальзывание между слоями жидкости, которое сопровождается возникновением касательных напряжений (напряжений трения).

Удельная сила трения – это сила внутреннего трения между слоями жидкости, приходящаяся на единицу поверхности.

Согласно гипотезе, высказанной И. Ньютоном в 1686 году и экспериментально обоснованной проф. Н.П.Петровым в 1883 году, удельная сила трения (касательные напряжения в жидкости τ ) прямо пропорциональна поперечному градиенту скорости и зависит от рода жидкости.

Таким образом, τ определяется по формуле (закон вязкого трения

Ньютона)

где µ – динамический коэффициент вязкости; ∆V / ∆y – поперечный

градиент скорости. Градиент скорости характеризует изменение ско-

рости, пр.

Закон Паскаля и практическое применение.

. Установлен Б. Паскалем (опубл. в 1663). На законе Паскаля основана работа гидравлических тормозов, домкратов, мультипликаторов, гидропривода, систем гидропневмоавтоматики. Закон нашел огромное применение в современном мире. Были созданы суперпрессы с давлением свыше 750 000 кПа. Закон лег в основу гидравлического привода, который в свою очередь обусловил появление гидроавтоматики, управляющей современными реактивными лайнерами, космическими кораблями, станками с числовым программным управлением, могучими самосвалами, горными комбайнами, прессами, экскаваторами...