Плавание тел
Плавание тел — это поведение тела в жидкости под действием силы тяжести и выталкивающей силы. В зависимости от плотности тела и жидкости тело может всплывать, плавать на поверхности или погружаться.
Условия поведения тела
Сравнивают плотность тела \(\rho_т\) с плотностью жидкости \(\rho_ж\). Если \(\rho_т>\rho_ж\), тело погружается: сила тяжести больше силы Архимеда. Если \(\rho_т<\rho_ж\), тело всплывает, пока часть тела не выйдет из жидкости. Если \(\rho_т=\rho_ж\), тело может находиться в равновесии внутри жидкости на любой глубине — это называют нейтральной плавучестью.
Когда всплывающее тело достигает поверхности, устанавливается условие плавания тела: сила Архимеда становится равной силе тяжести, \(F_А=mg\). Тело частично погружается и вытесняет столько жидкости, чтобы её вес уравновешивал вес тела. Долю погружённого объёма можно найти из соотношения \(V_п/V=\rho_т/\rho_ж\); подробнее об этом говорят при изучении осадки плавающего тела.
Деревянный брусок имеет плотность \(600\,\text{кг/м}^3\), а плотность воды — \(1000\,\text{кг/м}^3\). Брусок всплывёт, а после установления равновесия будет погружено \(600/1000=0{,}6\), то есть 60% его объёма.
Всплытие и плавание — не одно и то же. При всплытии тело движется вверх, потому что \(F_А>mg\). При плавании тело уже находится в равновесии: \(F_А=mg\). Расчёт выталкивающей силы основан на объёме вытесненной жидкости, а не обязательно на полном объёме тела.
Что произойдёт с телом, если его плотность равна плотности жидкости?
Главное
- При \(\rho_т>\rho_ж\) тело погружается, при \(\rho_т<\rho_ж\) всплывает.
- Плавающее тело находится в равновесии: \(F_А=mg\).
- Выталкивающая сила определяется плотностью жидкости и объёмом вытесненной жидкости.