Закон Архимеда. Плавучесть тела

Закон Архимеда трактуется следующим образом: «На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненному водой».

Для доказательства этого положения погрузим в жидкость параллелепипед (рисунок 1.19). На погруженное в жидкость тело действует сила тяжести этого тела и поверхностные силы давления. Очевидно, горизонтальные составляющие силы давления жидкости Р_Г взаимно уравновешиваются.

На верхнюю поверхность действует сила давления, направленная вертикально вниз

.

Вертикально вверх действует сила давления

.

Равнодействующая этих сил направлена в сторону действия большей силы – вертикально вверх и равна

, (1.56)

где W – объем погруженного тела.

Объем жидкости, вытесненный телом, называется объемным водоизмещением, а ее вес – водоизмещением.

Центр тяжести объемного водоизмещения, через который проходит линия действия архимедовой силы, называется центром водоизмещения.

Действительный вес погруженного в жидкость тела равен G и приложен в его физическом центре тяжести, который, вследствие обычной неоднородности тела, в общем случае не совпадает с центром водоизмещения.

Так как погруженное в жидкость (плавающее) тело находится в равновесии, вертикальные силы G и F лежат на одной вертикальной прямой, называемой осью плавания.

С точки зрения плавучести возможны три случая равновесия плавающего тела (рисунок 1.20):

Если G > F – тело тонет (рисунок 1.20, а);

Если G = F – тело находится в неподвижном состоянии при полном погружении его в жидкость (подводное плавание) (рисунок 1.20, б);

Если G < F, то равнодействующая сила (F –G) выталкивает тело из жидкости вверх и оно плавает частично погруженным в жидкость (рисунок 1.20, в);.

Плавание тела частично погруженным в жидкость наиболее часто встречается в практике (например, суда различного назначения, понтоны, поплавки и т.п.).