La legge di Archimede: definizione e formula

Spesso le scoperte scientifiche sono il risultato di semplici possibilità. Ma solo le persone con una mente allenata possono apprezzare l'importanza della semplice coincidenza e trarne conclusioni di vasta portata. Fu grazie a una catena di eventi casuali in fisica che apparve la legge di Archimede, che spiegava il comportamento dei corpi nell'acqua.

storia

A Siracusa sono state fatte delle leggende su Archimede. Una volta il sovrano di questa gloriosa città mise in dubbio l'onestà del suo gioielliere. La corona, fatta per il sovrano, doveva contenere una certa quantità d'oro. Controlla questo fatto affidato ad Archimede.

Archimede ha scoperto che nell'aria e nell'acqua i corpi hanno pesi diversi e la differenza è direttamente proporzionale alla densità del corpo misurato. Misurando il peso della corona nell'aria e nell'acqua, e avendo condotto un esperimento simile con un intero pezzo d'oro, Archimede dimostrò che un'impurezza di un metallo più leggero esisteva nella corona fatta. Secondo la leggenda, Archimede fece questa scoperta nel bagno, osservando l'acqua spruzzata. Quello che successe poi con un gioielliere disonesto, la storia è silenziosa, ma la conclusione di uno scienziato di Siracusa ha costituito la base di una delle più importanti leggi della fisica, che ci è nota come legge di Archimede.

formulazione

I risultati dei suoi esperimenti sono stati descritti da Archimede nella sua opera "On Floating Bodies", che, purtroppo, ha raggiunto i nostri giorni solo sotto forma di passaggi. La fisica moderna descrive la legge di Archimede come la forza totale che agisce su un corpo immerso in un liquido. La galleggiabilità del corpo nel liquido è diretta verso l'alto; il suo valore assoluto è uguale al peso del fluido spostato.

L'azione di liquidi e gas sul corpo immerso

Qualsiasi oggetto immerso in un liquido sperimenta forze di pressione. In ogni punto della superficie del corpo, queste forze sono perpendicolari alla superficie del corpo. Se questi fossero gli stessi, il corpo verrebbe schiacciato. Ma le forze di pressione aumentano in proporzione alla profondità, quindi la superficie inferiore del corpo subisce più compressione di quella superiore. Puoi considerare e sommare tutte le forze che agiscono sul corpo nell'acqua. Il vettore risultante della loro direzione sarà diretto verso l'alto, il corpo viene espulso dal liquido. La grandezza di queste forze determina la legge di Archimede. Il nuoto dei corpi è interamente basato su questa legge e sulle varie conseguenze di esso. Le forze di Archimede operano nei gas. È grazie a queste forze di spinta che dirigibili e palloni volano nel cielo: a causa dello spostamento dell'aria, diventano più leggeri dell'aria.

Formula fisica

graficamente Forza di Archimede può essere dimostrato con una semplice pesatura. Pesando il peso dell'allenamento nel vuoto, nell'aria e nell'acqua, si vede che il suo peso varia in modo significativo. Nel vuoto, il peso del peso è uno, nell'aria - leggermente più basso, e nell'acqua - ancora più basso.

Se prendiamo il peso corporeo nel vuoto come P _o , allora il suo peso nell'aria può essere descritto dalla formula seguente: Р _в = Р _о - F _а;

qui P _o è il peso nel vuoto;

F _e - il potere di Archimede.

Come si può vedere dalla figura, qualsiasi azione con pesatura in acqua facilita notevolmente il corpo, quindi in tali casi la forza di Archimede deve essere presa in considerazione.

Per l'aria, questa differenza è trascurabile, quindi di solito il peso del corpo immerso nell'aria è descritto dalla formula standard.

La densità del medium e il potere di Archimede

Analizzando i più semplici esperimenti con il peso corporeo in vari ambienti, si può concludere che il peso corporeo in vari ambienti dipende dalla massa dell'oggetto e dalla densità del mezzo di immersione. Inoltre, più denso è l'ambiente, maggiore è il potere di Archimede. La legge di Archimede collegava questa dipendenza e la densità di un liquido o di un gas si riflette nella sua formula finale. Cos'altro influenza questo potere? In altre parole, su quali caratteristiche dipende la legge di Archimede?

formula

Il potere di Archimede e le forze che lo influenzano possono essere determinati con l'aiuto di semplici conclusioni logiche. Supponiamo che un corpo di un certo volume, immerso in un liquido, sia costituito dallo stesso liquido in cui è immerso. Questa ipotesi non contraddice altri prerequisiti. Dopo tutto, le forze che agiscono sul corpo non dipendono in alcun modo dalla densità di questo corpo. In questo caso, è probabile che il corpo sia in equilibrio e la forza di espulsione sarà compensata dalla gravità.

Pertanto, l'equilibrio del corpo in acqua sarà descritto come segue.

ma la forza di gravità, dalla condizione, è uguale al peso del liquido, che sposta: la massa del liquido è uguale al prodotto di densità e volume. Sostituendo i valori noti, puoi scoprire il peso del corpo nel liquido. Questo parametro è descritto come ρV * g.

Sostituendo i valori conosciuti, otteniamo:

F = ρV * g.

Questa è la legge di Archimede.

La formula da noi dedotta descrive la densità come la densità del corpo in studio. Ma nelle condizioni iniziali è stato affermato che la densità del corpo è identica alla densità del liquido circostante. Quindi, in questa formula, puoi tranquillamente sostituire il valore della densità del liquido. L'osservazione visiva, secondo la quale la forza di spinta è maggiore in un mezzo più denso, ha ricevuto una dimostrazione teorica.

Applicazione della legge di Archimede

I primi esperimenti, a dimostrazione della legge di Archimede, sono noti a scuola. La piastra metallica sta affondando nell'acqua, ma, piegata sotto forma di scatola, non solo può essere tenuta a galla, ma anche portare un certo carico. Questa regola è la conclusione più importante della regola di Archimede, determina la possibilità di costruire navi fluviali e marittime per quanto riguarda la loro capacità massima (spostamento). Dopo tutto, la densità del mare e acqua dolce Sia le navi che i sottomarini devono essere diversi a causa delle differenze in questo parametro quando entrano nelle foci dei fiumi. Il calcolo sbagliato può portare a una catastrofe: la nave si arenerà e il suo sollevamento richiederà sforzi considerevoli.

La legge di Archimede è necessaria e i sommergibilisti. Il fatto è che la densità dell'acqua marina cambia il suo valore in base alla profondità dell'immersione. Il calcolo della densità corretta consentirà ai submariners di calcolare correttamente la pressione dell'aria all'interno della tuta spaziale, che influirà sulla manovrabilità del sub e garantirà un'immersione e un'ascensione sicure. La legge di Archimede dovrebbe anche essere presa in considerazione durante la perforazione in acque profonde, le enormi piattaforme di perforazione perdono fino al 50% del loro peso, il che rende il loro trasporto e il loro funzionamento meno costoso.