Выталкивающая сила
Выталкивающая сила — это сила, действующая на погружённое в жидкость или газ тело вверх. Она возникает потому, что давление среды на нижнюю часть тела больше, чем на верхнюю.
Причину появления этой силы объясняет закон Архимеда. Чем глубже точка в жидкости, тем больше давление жидкости. Поэтому давление снизу на тело превышает давление сверху, и возникает равнодействующая, направленная вверх. Аналогично действует газ, например воздух.
Формула
Здесь \(\rho\) — плотность жидкости или газа, \(g\) — ускорение свободного падения, а \(V_{\text{погр}}\) — объём части тела, погружённой в среду. В системе СИ сила измеряется в ньютонах, плотность — в \(\text{кг/м}^3\), объём — в \(\text{м}^3\).
Брусок объёмом \(0{,}002\ \text{м}^3\) полностью погружён в воду плотностью \(1000\ \text{кг/м}^3\). При \(g\approx10\ \text{Н/кг}\) выталкивающая сила равна \(F_{\text{выт}}=1000\cdot10\cdot0{,}002=20\ \text{Н}\).
Как изменится выталкивающая сила, если тот же объём тела погрузить не в воду, а в масло меньшей плотности?
Выталкивающая сила не равна весу тела и не всегда приводит к плаванию. Тело плавает, тонет или всплывает в зависимости от сравнения выталкивающей силы с силой тяжести. Если тело частично погружено, в формулу подставляют только объём погружённой части.
Если тело полностью погружено и перемещается в другой жидкости, его выталкивающая сила изменяется из-за изменения плотности среды. Если же меняется глубина, но плотность жидкости постоянна и тело остаётся полностью погружённым, сила обычно не меняется.
Главное
- Выталкивающая сила направлена вертикально вверх и возникает из-за разности давлений на разных глубинах.
- Формула: \(F_{\text{выт}}=\rho gV_{\text{погр}}\).
- Для расчёта берут плотность среды и объём погружённой части тела; сила измеряется в ньютонах.