Действие жидкости и газа на погруженное в них тело.
презентация к уроку по физике (7 класс)

Купаясь в бассейне, вы с легкостью удержите на руках человека со значительным весом, однако если выйдите на берег, то не сможете оторвать его от земли.

Как объяснить подобное явление?

Проведем эксперимент.

Возьмем шар из пенопласта и опустим его на дно.

Шар начинает двигаться и оказывается на поверхности.

Вспомним, что является причиной изменения скорости?

Правильно, сила. Значит на тело, погруженное в воду, действует некоторая сила, выталкивающая его из воды.

А что произойдет, если поместить в этот же сосуд такой же металлический шар?

Он утонет.

Неужели выталкивающая сила на него не подействовала?

Проведем еще один опыт, чтобы ответить на этот вопрос.

Поместим подвешенный на пружине металлический цилиндр в воду. Растяжение пружины стало меньше. Это означает, что со стороны жидкости на груз так же действует выталкивающая сила.

Рассмотрим, какие силы действуют на  погруженое тело в форме прямоугольного параллелепипеда. Нам уже известно, что жидкость, равно как и газ, будет передавать давление во всех направлениях. Значит и на тело, помещенное в жидкость,  она будет действовать на каждую грань. Изобразим эти силы на рисунке.

Силы (F₃ и F₄), которые оказывают действие на боковые грани равны между собой по величине и  уравновешивают друг друга.

Данные силы лишь немного сожмут тело.  Однако силы, действующие  на верхнюю грань (F₁) и на нижнюю грань (F₂) будут отличаться. Объясним это.

С увеличением глубины давление жидкости на тело возрастет. Так как высота, на которой находится нижняя грань, меньше высоты верхней грани, относительно поверхности воды (h_{2 >} h₁), то и модуль силы давления на верхнюю грань будет меньше, чем на нижнюю (F₂ > F₁). Площади верхней и нижней грани одинаковы.

Равнодействующую сил F₂ и F₁, направленых противоположно, вычислим как разность модулей.

Она направлена вверх, в сторону большей силы.

И является той самой выталкивающей силой, действие которой мы наблюдали в опытах.

Иначе эту силу называют силой Архимеда. Обозначается она «эф» с индексом а.

Именно Архимед определил характеристики, от которых зависит эта сила.

Действие силы Архимеда, распространяется также на газы.

Действие этой силы можно наблюдать, когда поднимаются вверх воздушные шары.

Однако очевидно, что величина выталкивающей силы воздуха, значительно меньше выталкивающей силы воды.

Проведем опыт. В сосуд с жидкостью поместим два шара, один из которых металлический, а второй сделан из пенопласта. Металлический шар утонул, а шар из пенопласта всплыл. Попробуем дать объяснение проведенному опыту.

На каждый шар, помещенный в воду, действует пара сил – сила тяжести, направленная вниз, к центру Земли, и сила Архимеда, направленная в противоположную сторону.

Если сила тяжести меньше силы Архимеда, то тело всплывает.

Если сила тяжести больше силы Архимеда — тело тонет.

А если силы равны — тело будет плавать в воде.

Сила Архимеда направлена вверх, поэтому вес тела в воде меньше веса тела в воздухе.

Разница между этими значениями численно равна силе Архимеда. Немного позже мы узнаем еще один способ вычислить силу Архимеда.

Решим  задачу, предложенную Григорием Остером, который, оказывается, писал не только «Вредные советы».

Где больший вес имеют солидные караси, в родном озере или на чужой сковородке?

На чужой сковородке солидные караси гораздо весомей. Если их не выпотрошили.

Так как на все тела в воде действует сила Архимеда, которая направлена вверх, поэтому вес тела в воде  будет меньше веса тела в воздухе.