Чому тіла плавають

Як відомо, деякі тіла плавають на поверхні води. Інші тіла тонуть. Бувають навіть тіла, які плавають в товщі води, не спливаючи на поверхню, але і не опускаючись на дно.

Причина такого різного поведінки тел криється в їх щільності. Якщо щільність тіла більше щільності рідини, то тіло йде на дно. Якщо щільність така ж як у рідини, то тіло буде плавати повністю занурившись в рідину. А ось якщо щільність тіла менше, ніж щільність рідини, то тіло буде плавати на поверхні.

Цей третій випадок найскладніший, так як тіло може плавати на поверхні по-різному. Може так, що більша його частина буде під водою, а може так, що більша частина виявиться над водою. Тут також все залежить від щільності. Чим більше різниця між густиною рідини і тіла, тим менша частина тіла буде занурена в рідину.

Причому ця залежність виражається строго математично. Якщо щільність тіла в 2 рази менше щільності рідини, то в воду буде занурена половина обсягу тіла. Якщо щільність в 5 разів менше рідини, то в воду зануриться лише 1/5-я частина тіла, 4/5 плаватимуть на поверхні. Якщо щільність тіла становить 0,9 від щільності рідини, то майже все тіло виявиться в товщі рідини, лише 1/10 частина буде на поверхні. Так, наприклад, плаває лід у воді.

Чому саме від щільності залежить плавучість тел в рідинах? Тому що щільність тіла впливає на силу тяжіння, що діє на тіло (FТ = MТ g = ρТ VТ g). Щільність ж рідини визначає виштовхуючу силу, діючу на тіло (FА = PЖ = mЖ g = ρЖ Vж g). При цьому обсяг зануреного в рідину тіла VТ дорівнює Vж. По-суті в цих формулах різна тільки щільність.

На тіло в рідині діють саме ці дві сили - сила тяжіння і виштовхує сила. Вони протилежно спрямовані, і від того, яка з них більше, залежить буде тіло плавати або тонути.

Якщо сила Архімеда дорівнює силі тяжіння (FА = FТ), то тіло буде повністю завантажено в рідину і плавати в ній на будь-якому рівні, але не тонути. якщо FА

Якщо FА> FТ. то архимедова сила буде виштовхувати тіло на поверхню рідини. Те, наскільки вона виштовхне тіло з води, залежить від того, при зануренні якій частині тіла виштовхує сила з боку рідини стає дорівнює силі тяжіння, що діє на все тіло.

Обсяг частини тіла, яка занурена в рідину, витісняє рівний цієї зануреної частини обсяг рідини. Вага цієї витісненої рідини дорівнює виштовхує силі. Але ж архимедова сила врівноважує вагу тіла. Значить вага всього тіла (PТ = ρТ VТ g) дорівнює вазі витісненої рідини (PЖ = ρЖ Vж g), яка дорівнює обсягу лише частини зануреної в рідину тіла. Тут VТ НЕ дорівнює Vж. так як VТ - це обсяг усього тіла, а Vж - обсяг зануреної в рідину частини тіла або обсяг витісненої цією частиною рідини. Однак ваги витісненої рідини і всього тіла рівні. Тому можна записати:

Скоротивши прискорення вільного падіння і перенісши обсяги і щільності, отримаємо:

Тобто у скільки разів щільність тіла буде менше щільності рідини, в стільки ж разів обсяг зануреної в рідину частина тіла буде менше обсягу всього тіла.

Схожі статті