Prawo Archimedesa

Prawo Archimedesa to jedno z podstawowych praw w fizyce. Określa ono siłę wyporu płynu (gazu lub cieczy). Prawo to odkrył Archimedes z Syrakuz, który żył około 200 lat p.n.e.


Na ciało zanurzone w cieczy lub gazie działa siła wyporu zwrócona pionowo w górę, równa co to wartości ciężarowi wypartej przez to ciało cieczy lub gazu.

Powyższe prawo można wyrazić za pomocą następującego wzoru:

Fw=ρVg =mcg

gdzie:

Fw - siła wyporu,

ρ - gęstość cieczy,

V - objętość wypartej cieczy,

g - przyśpieszenie ziemskie,

mc - masa wypartej cieczy.

Wyprowadzenie

Skąd się w ogóle bierze siła wyporu? Spójrz na poniższą ilustrację:

prawo Archimedesa

Na różnej głębokości w płynie panuje różne ciśnienie hydrostatyczne: im głębiej, tym ciśnienie to jest większe. Na ścianki boczne działają siły o takich samych wartościach i przeciwnych zwrotach. Ze ściankami górną i dolną jest inaczej. Ciecz na spodnią część ciała zanurzonego wywiera większe ciśnienie niż na powierzchnię górną. Wypadkowa tych dwóch sił to właśnie siła wyporu.

Ciśnienie panujące na głębokości h1 jest równe ciśnieniu hydrostatycznemu: p1=p0+ρgh1, zaś na głębokości h2 jest równe p2=p0+ρgh2. Powstaje różnica ciśnień:

Δp=p2-p1=p0+ρgh2-(p0+ρgh1)=ρg(h2-h1)=ρgh

W naszym przypadku górna i dolna powierzchnia mają taką samą powierzchnię S, zatem

Δp=F2/S-F1/S=(F2-F1)/S=Fw/S

Przyrównamy teraz dwa powyższe wzory do siebie

Fw/S=ρgh

Fw=ρghS

Fw=ρgV=mcg=Qc

Otrzymaliśmy wzór na prawo Archimedesa.

Praktyczne zastosowanie prawa Archimedesa

Oto przykłady zastosowania prawa Archimedesa:

Eureka!

Legenda głosi, że Archimedes odkrył swoje prawo w kąpieli. Król Syrakuz poprosił Archimedesa, aby ten zbadał, czy korona wykonana przez złotnika jest wykonana ze szczerego złota, czy z pozłacanego srebra i to bez niszczenia korony.

Archimedes potrzebował między innymi poznać objętość korony i na pomysł zmierzenia jej wpadł w kąpieli, gdy zauważył, że zanurzone ciało wypiera taką ilość wody, jaką objętość ma zanurzane ciało. to nasunęło mu dalszy tryb postępowania. Ponoć krzyknął wtedy Eureka! (co znaczy "znalazłem") i nagi wybiegł na ulicę.

Wystarczyło sporządzić dwie bryły o takim samym ciężarze, jedną ze złota, drugą ze srebra, sprawdzić ile wypierają wody i to samo uczynić z badaną koroną. Okazało się , że korona wyparła więc wody niż złota bryła, co jednoznacznie oznaczało domieszkę innego metalu w koronie.



Inne zagadnienia z tej lekcji

Ogólne własności płynów


To, czym jest gaz, ciecz i ciało stałe będziemy omawiać w dziale o własności materii. Teraz wystarczy nam przyjęcie do rozważań pewnych cech cieczy i gazów, które odróżniają je od ciał stałych.

Ciśnienie


Ciśnienie p jest to iloraz wartości siły nacisku F i pola powierzchni S, na którą działa ta siła.

Prawo Pascala


Ciśnienie, które jest wywierane z zewnątrz na ciecz lub gaz rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach.

Ciśnienie hydrostatyczne


Ciśnienie słupa płynu znajdującego się w spoczynku to ciśnienie hydrostatyczne.

Naczynia połączone


Naczynia połączone są to minimum dwa naczynia, w których ciecz może między nimi swobodnie przepływać.




© medianauka.pl, 2019-05-07, A-3637



Udostępnij
©® Media Nauka 2008-2023 r.