Плавание тел | Конспект

1. Плавание тел

Равновесие в жидкости изучает раздел гидростатика. Тело плавает в жидкости при условии F_тяж. = F_А.

а) Если сила тяжести (F_тяж.) больше архимедовой силы (F_A), то тело будет опускаться на дно, тонуть, то есть если F_тяж. > F_А, то тело тонет.

б) Если сила тяжести F_тяж. = F_А, то тело может находиться в равновесии в любом месте жидкости, то есть если F_тяж. = F_А, то тело плавает.

в) Если сила тяжести (F_тяж.) меньше архимедовой силы (F_A), то тело будет подниматься из жидкости, всплывать, то есть если F_тяж. < F_А, то тело всплывает.

1.2. Если тело плавает в жидкости, то вес вытесненной им жидкости равен весу этого тела в воздухе.

Если плотность сплошного твёрдого тела больше плотности жидкости, то тело в такой жидкости тонет. Тело с меньшей плотностью всплывает в этой жидкости.

1.3. Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость.

При равных плотностях тела и жидкости тело плавает внутри жидкости на любой глубине.

2. Плавание судов

Линия, до которой погружаются суда, называется ватерлинией.

Вес вытесняемой судном воды при погружении до ватерлинии называется его водоизмещением.

Вес воды, вытесняемой подводной частью судна, равен весу судна с грузом в воздухе или силе тяжести, действующей на судно с грузом.

Осадка – глубина, на которую погружается судно.

В России судостроение зародилось на рубеже XVII – XVIII веков.

3. Воздухоплавание (аэронавтика)

Для воздухоплавания вначале использовали воздушные шары, которые раньше наполняли нагретым воздухом, сейчас – водородом или гелием. Для того, чтобы шар поднялся в воздух, необходимо, чтобы F_A > F_тяж.

По мере поднятия шара вверх сила F_A, действующая на него, уменьшается (F_A = g\(\rho\)V), так как плотность верхних слоёв атмосферы меньше, чем у поверхности Земли.

Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают специально взятый для этой цели груз (балласт), и этим облегчают шар. Для спуска шара из его оболочки при помощи специального клапана выпускают часть газа.

В горизонтальном направлении воздушный шар перемещается только под действием ветра, поэтому он называется аэростатом.

Для исследования верхних слоёв атмосферы – стратосферы – ещё не так давно применялись огромные воздушные шары – стратостаты.

Воздушный шар не только сам поднимается вверх, но может поднять и некоторый груз: кабину, приборы. Поэтому, для того чтобы узнать, какой груз может поднять воздушный шар, необходимо определить его подъёмную силу.

Допустим, например, в воздух запущен шар объёмом 40 м³, наполненный гелием. Масса гелия, заполняющая оболочку шара, будет равна: m_г = \(\rho_{г}\)V = 0,1890 \(\frac{кг}{м^{3}}\) • 40 м³ = 7,2 кг, а его вес равен P_г = gm_г ; P_г = 9,8 \(\frac{Н}{кг}\) • 7,2 кг = 71 Н.

Выталкивающая же сила (архимедова), действующая на этот шар в воздухе, равна весу воздуха объёмом 40 м³, то есть F_A = g\(\rho\)_воздV; F_А = 9,8 \(\frac{Н}{кг}\) • 1,3 \(\frac{кг}{м^{3}}\) • 40 м³ = 520 Н.

Значит, этот шар может поднять груз весом 520 Н – 71 Н = 449 Н. Это и есть его подъёмная сила.