Условие плавания тела
Тело плавает, если оно находится в равновесии и полностью или частично погружено в жидкость: сила Архимеда уравновешивает вес тела. При этом средняя плотность плавающего тела не превышает плотность жидкости.
Силу Архимеда находят по формуле \(F_{\text{А}}=\rho_{\text{ж}}gV_{\text{погр}}\), где \(\rho_{\text{ж}}\) — плотность жидкости, а \(V_{\text{погр}}\) — объём погружённой части тела. Подробнее о природе этой силы см. силе Архимеда. Условие плавания является частным случаем общего описания в статье «Плавание тел».
Если тело плавает, сравнение плотностей определяет его положение: при \(\rho_{\text{т}}<\rho_{\text{ж}}\) тело погружено частично; при \(\rho_{\text{т}}=\rho_{\text{ж}}\) оно может находиться внутри жидкости на любой глубине; при \(\rho_{\text{т}}>\rho_{\text{ж}}\) свободно оставаться в жидкости оно не может и тонет. Доля погружённого объёма равна \(\frac{V_{\text{погр}}}{V}=\frac{\rho_{\text{т}}}{\rho_{\text{ж}}}\).
Деревянный брусок имеет плотность \(600\ \text{кг/м}^3\) и плавает в воде плотностью \(1000\ \text{кг/м}^3\). Погружённая доля объёма: \(\frac{600}{1000}=0{,}6\). Значит, в воде находится 60% объёма бруска, а 40% выступает над поверхностью.
Равенство \(F_{\text{А}}=P\) относится к телу, которое плавает или покоится в жидкости. Если тело тонет с ускорением, эти силы не равны: результирующая сила направлена вниз. Для системы из нескольких связанных тел используют отдельное условие плавания системы тел.
Тело плавает в жидкости, погрузившись наполовину. Какова его средняя плотность по сравнению с плотностью жидкости?
Главное
- При плавании сила Архимеда равна весу тела: \(F_{\text{А}}=P\).
- Средняя плотность плавающего тела не больше плотности жидкости.
- Доля погружённого объёма равна отношению плотности тела к плотности жидкости.