Ще раз про архимедовой силі
У даній статті розглядається залежність сили Архімеда, що діє на тіло в # xa0; рідині (воді), від температури. При проведенні різних лабораторних робіт, пов'язаних з # xa0; архимедовой силою, що діє на тіло в # xa0; рідині (воді), необхідно враховувати температуру рідини (води).
Ключові слова: архимедова сила, температура, щільність рідини, коефіцієнт об'ємного розширення, обсяг, вода
Відомо, що архимедова сила залежить від щільності рідини і # xa0; обсягу зануреної частини тіла, і # xa0; це доведено експериментально. Різні лабораторні роботи виконуються в # xa0; кабінеті фізики при температурі від 20 ° С до 25 ° С. Адже відомо, що щільність рідини залежить від її температури. В # xa0; лабораторних роботах, пов'язаних з # xa0; рідиною (наприклад, водою), при розрахунках щільність приймається тисячі.
Як правило, при зменшенні температури рідини її щільність збільшується. Але є речовина, чия щільність поводиться по-іншому # xa0; - це вода. Всі природні матеріали розширюються при нагріванні і # xa0; стискаються при охолодженні. Єдиним винятком з цього правила є вода. Вода має найбільшу щільність при температурі + 4 ° С, при якій один літр води має масу один кілограм. Якщо вода нагрівається або охолоджується щодо цієї критичної точки, її обсяг збільшується, що означає зменшення щільності, тобто вода стає легше.
А тепер перевіримо експериментальним шляхом залежність сили Архімеда від температури води.
- # Xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; Підвісимо до # xa0; важелю два однакових тіла, добиваємося рівноваги і # xa0; занурюємо одне тіло в # xa0; воду кімнатної температури, а # xa0, друге # xa0; - в # xa0; воду з # xa0; температурою вище кімнатної.
Спостерігаємо порушення рівноваги: в # xa0; воді кімнатної температури тіло виштовхується сильніше.
- # Xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; Підвісимо до # xa0; важелю два однакових тіла, добиваємося рівноваги і # xa0; занурюємо одне тіло в # xa0; воду кімнатної температури, а # xa0, друге # xa0; - в # xa0; воду з # xa0; температурою нижче кімнатної.
Спостерігаємо порушення рівноваги: в # xa0; воді з # xa0; температурою нижче кімнатної тіло виштовхується сильніше.
Висновок: таким чином, архимедова сила залежить від температури води.
«Рідини розширюються значно сильніше твердих тіл. Вони також розширюються у всіх напрямках. Об'ємне розширення рідин характеризується коефіцієнтом об'ємного розширення β в # xa0; даному інтервалі температур.
Обсяг рідини при температурі t # Xa0; визначається формулою:
β # xa0; - коефіцієнт об'ємного розширення рідини,
При нагріванні рідини змінюється не тільки її обсяг, а й # xa0; щільність. З огляду на, що обсяг і # xa0; щільність пропорційні один одному, тобто
,
тоді вираз (1) набуде вигляду:
На тіло, занурене в # xa0; рідина, діє виштовхуюча (архимедова) сила, яка виражається формулою:
де ρ # xa0; - щільність рідини при даній температурі,
g = 9,81 Н / кг # Xa0; - прискорення вільного падіння,
Розрахуємо архимедову силу при наступних відомих фізичних величинах: тіло (алюмінієвий циліндр) об'ємом V = 17,34 ∙ 10-6м3. g = 9,81 Н / кг і ρ = 1000- щільність води при температурі t = 4 ° С.
Підставивши чисельні значення фізичних величин в # xa0; вираз (3), отримаємо:
.
Таким чином, архимедова сила для даного тіла при температурі 4 ° С. дорівнює 0,1701 Н.
А тепер розрахуємо архимедову силу при температурі води, що дорівнює 25 ° С. При даній температурі коефіцієнт об'ємного розширення води візьмемо з довідника 2, с. 112: β = 302 ∙ 10-6С-1.
Використовуючи вирази (2) і (3), чисельні значення фізичних величин, отримаємо:
.
Таким чином, архимедова сила для даного тіла при температурі 25 ° С. дорівнює 0,169 Н.
Порівняємо отримані значення сили Архімеда, скориставшись ставленням:
.
Висновок: з # xa0; збільшенням температури води архимедова сила зменшується.
- # Xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; Яворський # xa0; Б. # xa0; М. Селезньов # xa0; Ю. # xa0; А. Довідник з фізики. Київ. 1975. с. 187.
- # Xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; # xa0; Еноховіч # xa0; А. # xa0; С. # xa0; Довідник з фізики і # xa0; техніці. // Освіта. Київ. 1989. с. 112.
