Сила Архимеда в газе
Сила Архимеда в газе — это выталкивающая сила, с которой воздух или другой газ действует на помещённое в него тело. Благодаря ей воздушный шар может подниматься вверх, если выталкивающая сила больше силы тяжести шара.
Здесь \(F_{\text{A}}\) — выталкивающая сила, \(\rho_{\text{г}}\) — плотность газа, \(g\) — ускорение свободного падения, а \(V_{\text{погр}}\) — объём тела, погружённый в газ. Для полностью находящегося в воздухе тела это его внешний объём. Сила возникает потому, что давление газа на нижнюю часть тела немного больше, чем на верхнюю.
Объём оболочки шара равен \(100\ \text{м}^3\), плотность воздуха — \(1{,}2\ \text{кг/м}^3\), \(g\approx10\ \text{Н/кг}\). Выталкивающая сила равна \(F_{\text{A}}=1{,}2\cdot10\cdot100=1200\ \text{Н}\). Если вес оболочки, газа внутри и груза меньше \(1200\ \text{Н}\), равнодействующая направлена вверх, и шар поднимается. Разность сил называют подъёмной силой газа; подробнее — на странице подъёмная сила газа.
Сила Архимеда действует на любое тело, окружённое газом, даже если оно неподвижно и не поднимается. Подъём происходит не из-за самой силы Архимеда, а из-за сравнения её с весом тела: при \(F_{\text{A}}>mg\) тело ускоряется вверх, при равенстве сил сохраняет покой или движется равномерно.
Как изменится сила Архимеда для воздушного шара того же объёма при увеличении плотности окружающего воздуха?
Главное
- Сила Архимеда в газе направлена вверх и равна весу вытесненного газа.
- Её вычисляют по формуле \(F_{\text{A}}=\rho_{\text{г}}gV\).
- Воздушный шар поднимается, когда выталкивающая сила больше общего веса шара, газа внутри и груза.