Сила Архимеда: о коронах, бассейнах и дирижаблях

Трудно сказать, насколько правдивы исторические анекдоты. Сила Архимеда в сознании очень многих связывается с тем, что после открытия достойный изобретатель пулей выскочил из ванны и побежал по улицам города в чем мать родила, вскрикивая: «Эврика!» Насколько достоверна эта маленькая деталь – вопрос, конечно, спорный. Но вот то, что сила Архимеда была открыта в процессе решения практической задачи – истинная правда.

Как это было

Тирану небольшого греческого города стало любопытно, украл ли ювелир золото из его новой короны. Ученому было поставлено условие не разрушать корону. Вопрос странный и трудный для своего времени, но Архимед справился просто блестяще, попутно открыв знаменитую выталкивающую силу.

По законам времени

Как можно решить задачу царя, используя знания силы Архимеда? Взять золотую болванку той же массы, какой была корона, и вычислить выталкивание воды. В результате можно дать точный ответ, обманули царя или нет. А вот чтобы узнать, сколько именно золота было украдено, придется производить вычисления и использовать то же вещество, что применял ювелир-мошенник (если решать задачу относительно времени Архимеда).

Строгая дефиниция

Что же такое сила Архимеда? Определение гласит, что это сила, действующая на погруженное в жидкость или газ тело, численно равная силе тяжести, действующей на вытолкнутый телом объем жидкости или газа, но направленная против силы тяжести. Точкой ее приложения может считаться только центр тяжести тела, в данной ситуации называемый центром давления.

Почему тяжело после бассейна?

Во многих школах в качестве доказательства существования этой силы используется лабораторная работа с так называемым «ведерком Архимеда». Способ этот прост и весьма нагляден и не требует особого оборудования. Как это делается? Над бадьей с водой ставится штатив, к которому приделывают обычные пружинные весы (в быту такие используют, к примеру, для взвешивания белья), к ним прикрепляется металлический груз. Демонстрируются показания прибора. После чего весы с грузом спускают ниже так, чтобы последний погрузился в воду полностью или частично. На глазах учеников показания прибора уменьшаются. Почему? Против силы тяжести начинает работать сила Архимеда, и вес тела будто бы становится меньше. Обратный процесс многие наблюдали в бассейне – когда человек выходит после плавательного сеанса, собственное тело кажется очень тяжелым.

Встречается и в газах

Но не только в жидкости действует сила Архимеда. Формула предполагает использование и для газа. Плотность жидкости или газа должна быть умножена не только на вытесненный телом объем. А еще и на ускорение свободного падения. Но если речь идет о газе, то сила Архимеда будет небольшой, так как плотность среды мала.

Понимать больше

Эта тема в физике – одна из самых легких и понятных, на ее основе строятся много интересных и практически значимых задач. Если вы изучили проблему Архимеда, вы будете понимать, почему рвутся вверху шарики, полные гелия, как летают дирижабли и почему некоторые люди без движения тонут, в то время как другие – нет.