Archimedes ereje - a folyadékok alulról felfelé tolásának ereje - Archimedes elve
Archimédész elve
A vízbe merült testek könnyebbnek tűnnek, mint a levegőben. Ha egy könnyű testet visznek be a vízbe, majd elengedik, akkor nagy sebességgel visszatér a víz felszínére és lebeg. Az az erő, amely a felfelé toló testre hat, hívják Archimédész erői. Az alulról felfelé történő tolás oka a víz hidrosztatikus nyomása, amelynek minden mélységben más és más értéke van. Tegyük fel, hogy a fajsúlyú folyadék belsejének mélységében van egy hengeres test, amelynek magassága és S szakasza van (242. ábra). A test felső oldalán a lefelé mutató nyíl, az alsó oldalon pedig a felfelé mutató nyíl által ábrázolt erő hat. A test oldalfelületén azonos magasságban ható erők nulla eredménnyel járnak. Összességében továbbra is felfelé ható erő marad, ami pontosan így van Archimédész erői.
Mivel ez a test térfogata, a következőket eredményezi:
Kényszerítés övé Archimédész =térfogat · fajsúly:
[kgf].
A fenti kifejezés a Archimedes elve: Archimedes ereje megegyezik a test által kiszorított vízmennyiség tömegével.
Mivel a test súlyával ellentétes irányban hat, Archimédész ereje mindig súlycsökkenést eredményez.
Archimédész erejének értéke=fogyás.
Ez a súlycsökkenés tehát csak az elmerült test térfogatától, illetve a kiszorított víz mennyiségétől függ, nem pedig annak súlyától. Egy fadarabbal azonos térfogatú süllyesztett ólomtömböt ugyanolyan A erővel nyomnak, mint ez.
Ha G a test megfelelő súlya és A Archimedes ereje, akkor az egyik értékétől a másikig három helyzet állhat fenn:
1. G> A: a test csökkentett tömeggel süllyed
A testtömeg csökkenése folyadékokban
Megállapítottuk, hogy egy teljesen folyadékba merített test súlya csökken Archimédész erejének értékével. Tekintettel arra, hogy tiszta vízben, amelynek fajsúlya 1gf/cm 3, ez a tolóerő számszerűen megegyezik az elmozdított víz térfogatával, kényelmes lehetőséget biztosít a kis tárgyak fajsúlyának meghatározására. A hidrosztatikai mérleg segítségével először keresse meg a test súlyát a levegőben, G, majd akassza fel a testet egy drótra, helyezze be a vízbe, és keresse meg csökkentett súlyát, G '(243. ábra). Eredmény:
fajsúly = [gf/cm 3]
Mivel egy test súlycsökkenése a folyadék fajsúlyától függ, amelybe merül, még mindig van eszközünk a folyadékok fajsúlyának nagyon pontos meghatározására.
A karjánál fogva Mohr-Westphal egyensúly (244. ábra) egy kis úszó üvegtestet platina huzal függeszt fel. Ha a test vízbe merül, az egyensúly megszakad. A 10 bemélyedésnél függő dróthorgonnyal (lovas) helyre lehet állítani, vagyis a folyadék fajsúlya pontosan egyenlő 1-vel. Két másik horog, amely a tenger lovasának tömegének 1/10, illetve 1/100 része, a kiegyensúlyozásnál, ha a fajsúlya különbözik az 1. A versenyzők helyzetét az 1. ábrán. A 245. szám például 1 035 fajsúlyt jelöl. Használat előtt a mérleget először a nyers vízzel kell egyensúlyba hozni. Mivel szobahőmérsékleten a víznek nincs fajsúlya 1, a megfelelő korrekciót el kell végezni, sűrűség lap segítségével.
Amikor Archimédész ereje nagyobb, mint a testtömege, addig halad felfelé, amíg a két erő egyensúlya meg nem alakul a felszínen. Aztán a test lebeg. Ezért, ha a vízben úszó fadarab súlya 650 kgf, azt eredményezi, hogy a víz alá merült rész térfogatának 0,65 m 3 -nek kell lennie. .
Úszó egyensúly: amikor egy test tiszta vízben úszik, az elmozdított víz tömege megegyezik a test saját súlyával.
Ez a jelenség könnyen bizonyítható. Töltsön meg egy túlfolyó tálat vízzel. Ha ezután lebegő testet helyeznek bele, akkor pontosan annyi vizet ürítenek ki, amennyit a test az edényből elvezet.
Meghatározott tömegű folyadék esetében, ha a test elmerült részének térfogatával megjegyezzük, az utolsó törvényt olyan formában lehet megírni, ahol:
bemerített térfogat/össztérfogat = fajlagos testtömeg/folyadék fajsúlya
Ennek a kapcsolatnak a segítségével meg lehet állapítani, hogy az úszó test melyik része kerül ki a folyadékból.
A kijövő részt egy extra súly hozzáadásával úgy lehet elérni, hogy teljesen belépjen a vízbe. Ennek a résznek a kötetét tehát képviseli erős csapágy lebegő tárgy, amelyre az objektum teljes merítése esetén számíthatunk.
Ahhoz, hogy egy tutaj 80 kgf tömegű embert támogasson, a víz feletti részének legalább 80 l-nek kell lennie. Archimedes ereje e határérték felett nem lehetséges, hacsak a terhelés nem a parafával is elsüllyed, és így hozzájárulna Archimedes erejének növekedéséhez.
A felhajtóerő egyensúlya nagyon érzékeny a zavarokra. A víz nagy mobilitása miatt az instabil egyensúly teljesen lehetetlen. Ezért egy testet semmilyen helyzetben nem lehet a felszínen tartani, hanem önmagát forgatja, és a helyes, stabil, lebegő helyzetet foglalja el. Ebben a helyzetben két pont elsöprő jelentőségű:
1. Súlyközpont a test (a súly alkalmazásának C pontja). A testben rögzített helyzetben van.
2. Nyomásközpont (Archimedes erejének A. pontja), amely a kiszorított folyadék súlypontja. Elisi megváltoztatja a helyzetét a merülő rész nagysága és alakja szerint.
Ha a C súlypont az A nyomás középpontja alatt van, az úszó helyzet mindenképpen stabil. Ebből a helyzetből egy kis csavarodás hatására megjelenik egy erőpár, amely visszaforgatja a testet, amíg újra nulla lesz.
A C-t A-val összekötő függőleges vonal lebegő tengely a test.
Ha C pontosan A felett van, a nyomaték még mindig nulla, de két eset van. A test kissé elforgatásával eltávolítjuk az egyensúlyi helyzeten keresztül. Ha az új A 'nyomásközépponton áthaladó hatásvonal metszi a régi úszó tengelyt C alatt, akkor egy pillanat áll elő, amely felborítja a testet (246. ábra). Ezért az egyensúly instabil volt. Ha ez a metszéspont C felett van, a test visszatér a régi helyzetébe: az egyensúly stabil volt (247. ábra). Az A '-on áthaladó erő hatásvonalának a metszéspontját az úszó tengellyel hívjuk metacenter.
A test lebegő pozíciója akkor stabil, ha a metacentrum a súlypontja felett van.
Általánosságban elmondható, hogy egy tárgy annál stabilabban lebeg, annál alacsonyabb a súlypontja. A vitorlás jachtok nehéz gerincűek, hajótörés veszélye esetén az árbocokat le kell engedni.
Az edények, a gázmérő harangjainak és más műszaki konstrukciók úszó helyzetének meghatározásához gyakran bonyolultabb számításokra van szükség.
Egyszerű példa erre a folyadékok fajsúlyának gyors meghatározása a segítségével sűrűségmérők (Hidrométerek). Ezek előtétes üvegcsövek, amelyek felső része kiemelkedik a folyadék szintje fölött, és a kísérlet céljának megfelelő fokozattal rendelkezik. A folyadék fajsúlyától függően többé-kevésbé bele vannak merülve (248. ábra). A sűrűségmérők érzékenysége még nagyobb, mivel a folyadékból kijövő nyak vékonyabb a bemerült részhez képest. A denziméterek nagyon elterjedtek a savak sűrűségének ellenőrzésére szolgáló eszközök, például laktométerek, alkoholmérők, szacharométerek az oldatok cukortartalmának meghatározásához.