Закон Архимеда. Плавание тел

Вы уже знаете, что внутри жидкости в любой точке существует гидростатическое давление. Поэтому если внутрь жидкости в сосуде поместить тело (например, шар), то на все точки его поверхности будут действовать силы гидростатического давления (рис. 165, а). Определим сумму этих сил.

Измерение давления

Приборы для измерения давления, создаваемого жидкостями и газами, называют манометрами (от греч. манос – «редкий», «неплотный»). Рассмотрим устройство некоторых видов манометров.

Сообщающиеся сосуды

На рис. 156 изображено несколько сосудов, соединенных снизу между собой трубкой. Такие сосуды называют сообщающимися. Если в сообщающиеся сосуды налить однородную жидкость, то эксперимент показывает, что поверхности жидкости во всех сосудах установятся на одной высоте h.

В сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне.

Гидростатическое давление

Жидкости так же, как и газы, создают давление благодаря собственному весу. Так, если мы поместим закрытую тонкой резиновой пленкой стеклянную панку в емкость с водой, то пленка на банке прогнется внутрь. Прогибание будет тем сильнее, чем глубже под водой будет находиться банка с воздухом. Значит, внутри жидкости существует давление и оно изменяется с глубиной. Известно, что человек, нырнувший в воду, испытывает действие давления со стороны окружающей его воды. То же самое происходит с любым телом, погруженным в любую жидкость.

Атмосферное давление. Закон Паскаля

Наша планета окружена атмосферой — огромным по толщине слоем воздуха, превышающим 100 км. Примерно 80% всей массы атмосферы сосредоточено в нижнем слое высотой около 15 км от поверхности Земли. Воздух удерживается вблизи земной поверхности действующей на него силой тяжести. Если бы Земля не притягивала воздух, то он рассеялся бы в окружающем Землю пространстве.

Сила давления и давление

Прежде чем изучать действие жидкостей и газов, определим, что же такое давление. Для этого рассмотрим, например, человека на лыжах. Двигаясь по рыхлому снегу, он проваливается в него значительно меньше, чем обычный путник без лыж. Из рис. 150 видно, что идущий по снегу человек оставляет глубокие следы, а стоящий на лыжах почти не проваливается. Если массы стоящих людей одинаковые, то они действуют на снег (давят на опору) с одинаковой силой, равной в данном случае их весу.

Силу, действующую перпендикулярно опоре, называют силой давления.

Давление жидкостей и газов

В предыдущих главах мы изучали условия изменения характера движения точечных и твердых тел, а также условия их равновесия. Теперь мы переходим к изучению свойств новых объектов: жидкостей и газов. В этой главе мы рассмотрим, какое действие оказывают находящиеся в состоянии покоя жидкости или газы на другие тела.

Простые механизмы

В предыдущем параграфе вы познакомились с рычагом – механическим устройством для перемещения грузов за счет выигрыша в силе. Используя неравноплечий рычаг, можно, приложив небольшую силу, переместить тело значительной массы. Рычаг был одним из первых механизмов, известных людям с древних времен. Существуют и другие механические устройства, которые позволяют изменять не только модуль силы, но и ее направление. Такие устройства называют простыми механизмами.

Применение условий равновесия твердого тела

Рассмотрим примеры того, как можно на практике применить условия равновесия твердого тела.

Пример 1. Равноплечие весы

Еще с древнейших времен для определения массы тел люди использовали равноплечие весы (рис. 137). Понять принцип их работы просто, если воспользоваться вторым условием равновесия твердого тела.

Равноплечие весы находятся в равновесии, когда сумма моментов равна нулю

Равновесие тела. Момент силы

Вы уже знаете, что если сумма всех действующих на точечное тело сил равна нулю, то это тело в инерциальной системе отсчета (ИСО) покоится или движется равномерно и прямолинейно. Следовательно, всегда можно выбрать такую инерциальную систему отсчета, в которой это тело покоится. В этом случае говорят, что тело находится в равновесии. Таким образом, условием равновесия точечного тела в ОСО является равенство нулю суммы всех действующих на него сил.