Penyebab munculnya gaya Archimedean adalah perbedaan tekanan medium pada kedalaman yang berbeda. Oleh karena itu, gaya Archimedes hanya terjadi jika ada gravitasi. Di Bulan jumlahnya akan enam kali lipat, dan di Mars jumlahnya 2,5 kali lebih sedikit dibandingkan di Bumi.

Dalam keadaan tanpa bobot tidak ada gaya Archimedean. Jika kita membayangkan gaya gravitasi bumi tiba-tiba lenyap, maka semua kapal di lautan, samudera, dan sungai akan tenggelam ke kedalaman berapa pun dengan dorongan sekecil apa pun. Namun tegangan permukaan air, yang tidak bergantung pada gravitasi, tidak akan memungkinkan mereka untuk naik ke atas, sehingga mereka tidak akan bisa lepas landas, mereka semua akan tenggelam.

Bagaimana kekuatan Archimedes terwujud?

Besarnya gaya Archimedean bergantung pada volume benda yang terendam dan massa jenis medium di mana benda itu berada. Definisi pastinya dalam istilah modern: suatu benda yang dicelupkan ke dalam medium cair atau gas dalam medan gravitasi dikenai gaya apung yang sama dengan berat medium yang dipindahkan oleh benda tersebut, yaitu F = ρgV, di mana F adalah gaya Archimedes; ρ – kepadatan medium; g – percepatan jatuh bebas; V adalah volume zat cair (gas) yang dipindahkan oleh suatu benda atau bagiannya yang terendam.

Jika di air tawar terdapat gaya apung sebesar 1 kg (9,81 N) untuk setiap liter volume benda yang terendam, maka di air laut massa jenisnya adalah 1,025 kg*kubik. dm, gaya Archimedes sebesar 1 kg 25 g akan bekerja pada volume liter yang sama. Untuk orang bertubuh rata-rata, perbedaan gaya dukung laut dan air tawar akan hampir 1,9 kg. Oleh karena itu, berenang di laut lebih mudah: bayangkan Anda perlu berenang melintasi setidaknya kolam tanpa arus dengan dumbel seberat dua kilogram di ikat pinggang Anda.

Gaya Archimedean tidak bergantung pada bentuk benda yang dibenamkan. Ambil silinder besi dan ukur gayanya dari air. Kemudian gulung silinder ini menjadi lembaran, celupkan hingga rata ke dalam air. Dalam ketiga kasus tersebut, kekuatan Archimedes akan sama.

Sekilas mungkin tampak aneh, tetapi jika sebuah lembaran dibenamkan secara mendatar, penurunan perbedaan tekanan pada lembaran tipis akan diimbangi dengan peningkatan luas tegak lurus permukaan air. Dan ketika dibenamkan dengan tepi, sebaliknya, area tepi yang kecil dikompensasi oleh semakin tinggi tinggi lembaran.

Jika air sangat jenuh dengan garam sehingga massa jenisnya menjadi lebih tinggi daripada massa jenis tubuh manusia, maka orang yang tidak bisa berenang pun tidak akan tenggelam di dalamnya. Di Laut Mati di Israel, misalnya, wisatawan bisa berbaring di atas air berjam-jam tanpa bergerak. Benar, masih tidak mungkin untuk berjalan di atasnya - area penyangganya kecil, seseorang jatuh ke dalam air sampai ke lehernya, hingga berat bagian tubuh yang terendam sama dengan berat air yang dipindahkan olehnya. Namun, jika Anda memiliki imajinasi tertentu, Anda bisa membuat legenda tentang berjalan di atas air. Namun pada minyak tanah massa jenisnya hanya 0,815 kg*kubik. dm, bahkan perenang yang sangat berpengalaman pun tidak akan bisa bertahan di permukaan.

Kekuatan Archimedean dalam dinamika

Semua orang tahu bahwa kapal bisa mengapung berkat kekuatan Archimedes. Namun para nelayan mengetahui bahwa gaya Archimedean juga dapat digunakan dalam dinamika. Jika Anda menemukan ikan yang besar dan kuat (taimen, misalnya), maka tidak ada gunanya menariknya perlahan ke jaring (memancingnya): ia akan memutuskan tali pancing dan pergi. Anda perlu menariknya perlahan terlebih dahulu saat sudah hilang. Merasakan kailnya, ikan yang berusaha melepaskan diri darinya bergegas menuju nelayan. Maka Anda perlu menariknya dengan sangat keras dan tajam agar tali pancing tidak sempat putus.

Di dalam air, tubuh ikan hampir tidak berbobot apa pun, tetapi massa dan kelembamannya tetap terjaga. Dengan metode penangkapan ikan ini, gaya Archimedean akan tampak menendang ekor ikan, dan mangsanya sendiri akan menjatuhkan diri ke kaki pemancing atau ke dalam perahunya.

Kekuatan Archimedes di udara

Gaya Archimedes tidak hanya bekerja pada cairan, tetapi juga pada gas. Berkat dia, balon udara dan kapal udara (zeppelin) terbang. 1 meter kubik m udara dalam kondisi normal (20 derajat Celcius di permukaan laut) berbobot 1,29 kg, dan 1 kg helium berbobot 0,21 kg. Artinya, 1 meter kubik cangkang yang terisi mampu mengangkat beban seberat 1,08 kg. Jika diameter cangkang 10 m, maka volumenya adalah 523 meter kubik. m. Karena terbuat dari bahan sintetis ringan, kami mendapatkan gaya angkat sekitar setengah ton. Para aeronaut menyebut gaya Archimedes sebagai gaya fusi udara.

Jika Anda memompa udara keluar dari balon tanpa membiarkannya menyusut, maka setiap meter kubiknya akan menarik seluruh beratnya sebesar 1,29 kg. Peningkatan daya angkat lebih dari 20% secara teknis sangat menggiurkan, tetapi helium mahal dan hidrogen bersifat eksplosif. Oleh karena itu, proyek kapal udara vakum muncul dari waktu ke waktu. Namun teknologi modern belum mampu menciptakan bahan yang mampu menahan tekanan atmosfer tinggi (sekitar 1 kg per cm persegi) dari luar pada cangkang.

Pesan dari administrator:

Teman-teman! Siapa yang sudah lama ingin belajar bahasa Inggris?
Pergi ke dan dapatkan dua pelajaran gratis di sekolah bahasa Inggris SkyEng!
Saya sendiri belajar di sana - itu sangat keren. Ada kemajuan.

Dalam aplikasi ini Anda dapat mempelajari kata-kata, melatih pendengaran dan pengucapan.

Cobalah. Dua pelajaran gratis menggunakan tautan saya!
Klik

Suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair atau gas dikenakan gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat cair atau gas yang dipindahkan oleh benda tersebut.

Dalam bentuk integral

kekuatan Archimedes selalu berlawanan arah dengan gaya gravitasi, oleh karena itu berat suatu benda dalam zat cair atau gas selalu lebih kecil dari berat benda tersebut dalam ruang hampa.

Jika suatu benda mengapung pada suatu permukaan atau bergerak naik atau turun secara beraturan, maka gaya apung (disebut juga gaya apung). kekuatan Archimedean) besarnya sama (dan berlawanan arah) dengan gaya gravitasi yang bekerja pada volume cairan (gas) yang dipindahkan oleh benda, dan diterapkan pada pusat gravitasi volume ini.

Sedangkan untuk benda yang berada di dalam gas, misalnya di udara, untuk mencari gaya angkat (Gaya Archimedes), perlu mengganti massa jenis zat cair dengan massa jenis gas. Misalnya, balon helium terbang ke atas karena massa jenis helium lebih kecil daripada massa jenis udara.

Dengan tidak adanya medan gravitasi (Gravity), yaitu dalam keadaan tanpa bobot, hukum Archimedes tidak bekerja. Para astronot cukup familiar dengan fenomena ini. Secara khusus, dalam keadaan tanpa bobot tidak ada fenomena konveksi (pergerakan alami udara di ruang angkasa), oleh karena itu, misalnya, pendinginan udara dan ventilasi ruang hidup pesawat ruang angkasa dilakukan secara paksa oleh kipas angin.

Dalam rumus yang kami gunakan.

Tujuan pelajaran: untuk memverifikasi keberadaan gaya apung, untuk memahami alasan kemunculannya dan untuk mendapatkan aturan untuk perhitungannya, untuk berkontribusi pada pembentukan gagasan pandangan dunia tentang kemampuan untuk mengetahui fenomena dan sifat-sifat lingkungan. dunia.

Tujuan pelajaran: Berusaha mengembangkan keterampilan menganalisis sifat dan fenomena berdasarkan pengetahuan, menyoroti alasan utama yang mempengaruhi hasil. Mengembangkan keterampilan komunikasi. Pada tahap mengajukan hipotesis, kembangkan pidato lisan. Periksa tingkat kemandirian berpikir siswa dalam penerapan pengetahuan siswa dalam berbagai situasi.

Archimedes adalah seorang ilmuwan terkemuka Yunani Kuno, lahir pada tahun 287 SM. di kota pelabuhan dan pembuatan kapal Syracuse di pulau Sisilia. Archimedes menerima pendidikan yang sangat baik dari ayahnya, astronom dan matematikawan Phidias, kerabat tiran Syracuse Hiero, yang melindungi Archimedes. Di masa mudanya, ia menghabiskan beberapa tahun di pusat kebudayaan terbesar di Alexandria, di mana ia mengembangkan hubungan persahabatan dengan astronom Conon dan ahli geografi-matematika Eratosthenes. Hal inilah yang menjadi dorongan bagi pengembangan kemampuannya yang luar biasa. Dia kembali ke Sisilia sebagai ilmuwan yang matang. Ia menjadi terkenal karena berbagai karya ilmiahnya, terutama di bidang fisika dan geometri.

Tahun-tahun terakhir hidupnya, Archimedes berada di Syracuse, dikepung oleh armada dan tentara Romawi. Perang Punisia ke-2 sedang berlangsung. Dan ilmuwan hebat itu, tanpa berusaha keras, mengatur pertahanan teknik di kampung halamannya. Dia membangun banyak kendaraan tempur menakjubkan yang menenggelamkan kapal musuh, menghancurkannya hingga berkeping-keping, dan menghancurkan tentara. Namun, pasukan pembela kota terlalu kecil dibandingkan dengan pasukan Romawi yang besar. Dan pada tahun 212 SM. Syracuse diambil.

Kejeniusan Archimedes dikagumi oleh orang Romawi dan komandan Romawi Marcellus memerintahkan agar nyawanya diampuni. Tetapi prajurit itu, yang tidak mengenal Archimedes secara langsung, membunuhnya.

Salah satu penemuan terpentingnya adalah hukum, yang kemudian disebut hukum Archimedes. Ada legenda bahwa ide hukum ini datang ke Archimedes ketika dia sedang mandi, dengan seruan “Eureka!” dia melompat keluar dari kamar mandi dan berlari telanjang untuk menuliskan kebenaran ilmiah yang datang kepadanya. Inti dari kebenaran ini masih harus diklarifikasi; kita perlu memverifikasi keberadaan gaya apung, memahami alasan kemunculannya, dan mendapatkan aturan untuk menghitungnya.

Tekanan dalam suatu zat cair atau gas bergantung pada kedalaman perendaman benda dan menyebabkan munculnya gaya apung yang bekerja pada benda dan diarahkan secara vertikal ke atas.

Jika suatu benda diturunkan ke dalam cairan atau gas, maka di bawah pengaruh gaya apung, benda itu akan melayang dari lapisan yang lebih dalam ke lapisan yang lebih dangkal. Mari kita turunkan rumus untuk menentukan gaya Archimedes untuk paralelepiped persegi panjang.

Tekanan fluida pada permukaan atas sama dengan

dimana: h1 adalah tinggi kolom zat cair di atas tepi atas.

Kekuatan tekanan di atas tepinya sama

F1= p1*S = w*g*h1*S,

Dimana: S – luas muka bagian atas.

Tekanan fluida pada muka bagian bawah sama dengan

dimana: h2 adalah tinggi kolom zat cair di atas tepi bawah.

Gaya tekanan pada tepi bawah sama dengan

F2= p2*S = w*g*h2*S,

Dimana: S adalah luas sisi bawah kubus.

Karena h2 > h1, maka р2 > р1 dan F2 > F1.

Selisih gaya F2 dan F1 sama dengan:

F2 – F1 = f*g*h2*S – f*g*h1*S = f*g*S* (h2 – h1).

Karena h2 – h1 = V adalah volume suatu benda atau bagian benda yang dicelupkan ke dalam zat cair atau gas, maka F2 – F1 = w*g*S*H = g* w*V

Hasil kali massa jenis dan volume adalah massa zat cair atau gas. Oleh karena itu, perbedaan gaya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda:

F2 – F1= mf*g = Pzh = Fout.

Gaya apung adalah gaya Archimedes, yang mendefinisikan hukum Archimedes

Resultan gaya-gaya yang bekerja pada sisi-sisinya adalah nol, oleh karena itu tidak dilibatkan dalam perhitungan.

Jadi, suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair atau gas mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat cair atau gas yang dipindahkan oleh benda tersebut.

Hukum Archimedes pertama kali disebutkan oleh Archimedes dalam risalahnya On Floating Bodies. Archimedes menulis: “Benda yang lebih berat dari pada zat cair, yang direndam dalam zat cair ini, akan tenggelam hingga mencapai dasar, dan di dalam zat cair akan menjadi lebih ringan sebesar berat zat cair dalam volume yang sama dengan volume benda yang dicelupkan. ”

Mari kita perhatikan bagaimana gaya Archimedes bergantung dan apakah itu bergantung pada berat benda, volume benda, massa jenis benda, dan massa jenis zat cair.

Berdasarkan rumus gaya Archimedes, gaya tersebut bergantung pada massa jenis zat cair yang dicelupkan ke dalam benda dan volume benda tersebut. Tetapi hal ini tidak bergantung, misalnya, pada massa jenis suatu zat yang direndam dalam cairan, karena jumlah ini tidak termasuk dalam rumus yang dihasilkan.
Sekarang mari kita tentukan berat suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair (atau gas). Karena kedua gaya yang bekerja pada benda dalam hal ini arahnya berlawanan (gaya gravitasi ke bawah, dan gaya Archimedean ke atas), maka berat benda di dalam zat cair akan lebih kecil dari berat benda. dalam ruang hampa oleh gaya Archimedean:

PA = mtg – mfg = g (mt – mf)

Jadi, jika suatu benda dicelupkan ke dalam suatu zat cair (atau gas), maka benda tersebut kehilangan beratnya sebanyak berat zat cair (atau gas) yang dipindahkannya.

Karena itu:

Gaya Archimedes bergantung pada massa jenis zat cair dan volume benda atau bagian yang terendam dan tidak bergantung pada massa jenis benda, beratnya, dan volume zat cair.

Penentuan gaya Archimedes dengan metode laboratorium.

Peralatan: segelas air bersih, segelas air garam, silinder, dinamometer.

Kemajuan:

• tentukan berat benda di udara;
• tentukan berat benda dalam cairan;
• tentukan selisih antara berat benda di udara dan berat benda di dalam cairan.

4. Hasil pengukuran:

Simpulkan bagaimana gaya Archimedes bergantung pada massa jenis zat cair.

Gaya apung bekerja pada benda dengan bentuk geometris apa pun. Dalam teknologi, benda yang paling umum adalah bentuk silinder dan bola, benda dengan permukaan yang berkembang, benda berongga berbentuk bola, paralelepiped persegi panjang, atau silinder.

Gaya gravitasi diterapkan pada pusat massa suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair dan arahnya tegak lurus terhadap permukaan zat cair.

Gaya angkat yang bekerja pada benda dari sisi zat cair, diarahkan secara vertikal ke atas, dan diterapkan pada pusat gravitasi volume zat cair yang dipindahkan. Benda bergerak tegak lurus terhadap permukaan zat cair.

Mari kita cari tahu kondisi benda terapung berdasarkan hukum Archimedes.

Perilaku suatu benda yang berada dalam zat cair atau gas bergantung pada hubungan antara modul gravitasi F t dan gaya Archimedes F A , yang bekerja pada benda tersebut. Tiga kasus berikut mungkin terjadi:

• F t > F A - tubuh tenggelam;
• F t = F A - benda mengapung dalam cairan atau gas;
• F t< F A - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Rumusan lain (di mana P t adalah massa jenis benda, P s adalah massa jenis medium tempat ia direndam):

• P t > P s - tubuh tenggelam;
• P t = P s - benda mengapung dalam cairan atau gas;
• Pt< P s - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Massa jenis organisme yang hidup di air hampir sama dengan massa jenis air, sehingga tidak membutuhkan kerangka yang kuat! Ikan mengatur kedalaman penyelamannya dengan mengubah kepadatan rata-rata tubuhnya. Untuk melakukan ini, mereka hanya perlu mengubah volume kantung renang dengan mengontraksikan atau mengendurkan otot.

Jika suatu benda terletak di dasar cairan atau gas, maka gaya Archimedes adalah nol.

Prinsip Archimedes digunakan dalam pembuatan kapal dan aeronautika.

Diagram benda mengambang:

Garis kerja gaya gravitasi benda G melewati pusat gravitasi K (pusat perpindahan) volume zat cair yang dipindahkan. Pada kedudukan normal benda terapung, pusat gravitasi benda T dan pusat perpindahan K terletak pada garis vertikal yang sama, yang disebut sumbu renang.

Saat menggelinding, pusat perpindahan K bergerak ke titik K1, dan gaya gravitasi benda serta gaya Archimedean FA membentuk sepasang gaya yang cenderung mengembalikan benda ke posisi semula atau meningkatkan gulungan.

Dalam kasus pertama, benda terapung memiliki stabilitas statis, dalam kasus kedua tidak ada stabilitas. Kestabilan benda bergantung pada posisi relatif pusat gravitasi benda T dan metacenter M (titik perpotongan garis kerja gaya Archimedean selama berguling dengan sumbu navigasi).

Pada tahun 1783, MONTGOLFIER bersaudara membuat bola kertas besar, di mana mereka meletakkan secangkir alkohol yang terbakar. Balon tersebut berisi udara panas dan mulai naik hingga mencapai ketinggian 2000 meter.

Menyaksikan terbangnya balon udara dan pergerakan kapal di permukaan laut, banyak orang bertanya-tanya: apa yang membuat kendaraan tersebut naik ke angkasa atau membuat kendaraan tersebut tetap berada di permukaan air? Jawaban atas pertanyaan ini adalah gaya apung. Mari kita lihat lebih detail di artikel.

Cairan dan tekanan statis di dalamnya

Dua keadaan agregasi suatu zat disebut fluida: gas dan cair. Pengaruh gaya tangensial apa pun pada mereka menyebabkan beberapa lapisan materi bergeser relatif terhadap lapisan lainnya, yaitu materi mulai mengalir.

Cairan dan gas terdiri dari partikel-partikel elementer (molekul, atom) yang tidak mempunyai posisi tertentu dalam ruang, seperti misalnya pada padatan. Mereka terus-menerus bergerak ke arah yang berbeda. Dalam gas, pergerakan kacau ini lebih intens dibandingkan dalam cairan. Berkat fakta ini, zat cair dapat meneruskan tekanan yang diberikan padanya ke segala arah secara merata

Karena semua arah gerak dalam ruang adalah sama, tekanan total pada setiap volume dasar di dalam zat cair adalah nol.

Keadaan berubah secara radikal jika zat tersebut ditempatkan dalam medan gravitasi, misalnya pada medan gravitasi bumi. Dalam hal ini, setiap lapisan cairan atau gas memiliki berat tertentu yang menekan lapisan di bawahnya. Tekanan ini disebut tekanan statis. Ini meningkat berbanding lurus dengan kedalaman h. Jadi, dalam kasus cairan dengan massa jenis ρ l, tekanan hidrostatik P ditentukan dengan rumus:

Di sini g = 9,81 m/s 2 adalah percepatan jatuh bebas di dekat permukaan planet kita.

Tekanan hidrostatik dirasakan oleh setiap orang yang menyelam beberapa meter di bawah air setidaknya satu kali.

Tekanan hidrostatis dan hukum Archimedes

Mari kita lakukan percobaan sederhana berikut. Mari kita ambil benda yang bentuknya geometris beraturan, misalnya kubus. Misalkan panjang sisi kubus adalah a. Mari kita rendam kubus ini ke dalam air sehingga permukaan atasnya berada pada kedalaman h. Berapa tekanan yang diberikan air pada kubus?

Untuk menjawab pertanyaan di atas, perlu diperhatikan besarnya tekanan hidrostatis yang bekerja pada setiap sisi gambar. Jelasnya, tekanan total yang bekerja pada semua sisi sisi akan sama dengan nol (tekanan di sisi kiri akan dikompensasi oleh tekanan di sisi kanan). Tekanan hidrostatik pada permukaan atas akan sama dengan:

Tekanan ini diarahkan ke bawah. Gaya yang sesuai sama dengan:

F 1 = P 1 *S = ρ l *g*h*S.

Dimana S adalah luas permukaan persegi.

Gaya yang berhubungan dengan tekanan hidrostatis yang bekerja pada permukaan bawah kubus akan sama dengan:

F 2 = ρ aku *g*(h+a)*S.

Gaya F 2 diarahkan ke atas. Maka gaya yang dihasilkan juga akan diarahkan ke atas. Nilainya adalah:

F = F 2 - F 1 = ρ l *g*(h+a)*S - ρ l *g*h*S = ρ l *g*a*S.

Perhatikan bahwa hasil kali panjang rusuk dan luas muka S kubus adalah volumenya V. Fakta ini memungkinkan kita untuk menulis ulang rumus sebagai berikut:

Rumus gaya apung ini menunjukkan bahwa nilai F tidak bergantung pada kedalaman pencelupan benda. Karena volume benda V sama dengan volume cairan V l yang dipindahkan, kita dapat menulis:

Rumus gaya apung F A biasa disebut ekspresi matematis hukum Archimedes. Ini pertama kali didirikan oleh seorang filsuf Yunani kuno pada abad ke-3 SM. Hukum Archimedes biasanya dirumuskan sebagai berikut: jika suatu benda dicelupkan ke dalam suatu zat cair, maka benda tersebut dikenai gaya yang arahnya vertikal ke atas, yang sama dengan berat zat tersebut yang dipindahkan oleh benda tersebut. Gaya apung disebut juga dengan gaya Archimedes atau gaya angkat.

Gaya-gaya yang bekerja pada benda padat yang dicelupkan ke dalam zat cair

Penting untuk mengetahui gaya-gaya ini untuk menjawab pertanyaan apakah suatu benda akan mengapung atau tenggelam. Secara umum hanya ada dua diantaranya:

• gravitasi atau berat badan F g ;
• gaya apung F A .

Jika F g >F A , maka kita dapat mengatakan dengan pasti bahwa tubuh tersebut akan tenggelam. Sebaliknya jika F g

Dengan mensubstitusikan rumus gaya-gaya yang disebutkan ke dalam pertidaksamaan yang ditunjukkan, seseorang dapat memperoleh kondisi matematis untuk benda mengambang. Ini terlihat seperti ini:

Di sini ρ s adalah kepadatan rata-rata benda.

Tidak sulit untuk mendemonstrasikan pengaruh kondisi di atas dalam praktik. Cukup dengan mengambil dua kubus logam, yang satu padat dan yang lainnya berongga. Jika dibuang ke dalam air, yang pertama akan tenggelam, dan yang kedua akan mengapung di permukaan air.

Penerapan gaya apung dalam praktik

Semua kendaraan yang bergerak di permukaan air maupun di bawah air menggunakan prinsip Archimedes. Dengan demikian, perpindahan kapal dihitung berdasarkan pengetahuan tentang gaya apung maksimum. Kapal selam, dengan mengubah kepadatan rata-ratanya menggunakan ruang pemberat khusus, dapat mengapung atau tenggelam.

Contoh mencolok dari perubahan kepadatan tubuh rata-rata adalah penggunaan jaket pelampung oleh manusia. Mereka secara signifikan meningkatkan volume total dan pada saat yang sama praktis tidak mengubah berat badan seseorang.

Munculnya balon atau balon anak-anak yang ditiup helium di langit adalah contoh nyata aksi gaya apung Archimedean. Kemunculannya dikaitkan dengan perbedaan kepadatan udara atau gas panas dan udara dingin.

Masalah menghitung gaya Archimedean dalam air

Sebuah bola berongga dicelupkan seluruhnya ke dalam air. Jari-jari bola adalah 10 cm. Kita perlu menghitung gaya apung air.

Untuk mengatasi masalah ini, Anda tidak perlu mengetahui bahan apa yang terbuat dari bola tersebut. Anda hanya perlu mencari volumenya. Yang terakhir dihitung dengan rumus:

Maka ekspresi untuk menentukan gaya Archimedean air akan ditulis sebagai:

FA = ​​4/3*pi*r 3 *ρ l *g .

Mengganti jari-jari bola dan massa jenis air (1000 kg/m3), kita mendapatkan gaya apung adalah 41,1 N.

Masalah perbandingan gaya Archimedean

Ada dua mayat. Volume tabung pertama 200 cm3 dan volume tabung kedua 170 cm3. Badan pertama direndam dalam etil alkohol murni, dan badan kedua direndam dalam air. Penting untuk menentukan apakah gaya apung yang bekerja pada benda-benda ini sama.

Gaya Archimedean yang bersesuaian bergantung pada volume benda dan massa jenis zat cair. Untuk air, massa jenisnya adalah 1000 kg/m3, untuk etil alkohol - 789 kg/m3. Mari kita hitung gaya apung pada setiap fluida menggunakan data berikut:

untuk air: FA = 1000*170*10 -6 *9,81 ≈ 1,67 N;

untuk alkohol: FA = 789*200*10 -6 *9,81 ≈ 1,55 N.

Jadi, gaya Archimedean dalam air adalah 0,12 N lebih besar daripada gaya Archimedean dalam alkohol.

Hukum Archimedes dirumuskan sebagai berikut: suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair (atau gas) dikenai gaya apung yang sama dengan berat zat cair (atau gas) yang dipindahkan oleh benda tersebut. Kekuatan itu disebut oleh kekuatan Archimedes:

dimana adalah massa jenis zat cair (gas), adalah percepatan jatuh bebas, dan merupakan volume benda yang terendam (atau bagian volume benda yang terletak di bawah permukaan). Jika suatu benda mengapung di permukaan atau bergerak beraturan ke atas atau ke bawah, maka gaya apung (disebut juga gaya Archimedean) sama besarnya (dan berlawanan arah) dengan gaya gravitasi yang bekerja pada volume cairan (gas) yang dipindahkan. oleh tubuh, dan diterapkan pada pusat gravitasi volume ini.

Suatu benda dapat mengapung jika gaya Archimedes menyeimbangkan gaya gravitasi benda tersebut.

Perlu diperhatikan bahwa benda harus dikelilingi seluruhnya oleh cairan (atau bersinggungan dengan permukaan cairan). Jadi, misalnya, hukum Archimedes tidak dapat diterapkan pada kubus yang terletak di dasar tangki, menyentuh bagian bawah secara hermetis.

Sedangkan untuk benda yang berada di dalam gas, misalnya di udara, maka untuk mencari gaya angkat maka perlu mengganti massa jenis zat cair dengan massa jenis gas. Misalnya, balon helium terbang ke atas karena massa jenis helium lebih kecil daripada massa jenis udara.

Hukum Archimedes dapat dijelaskan dengan menggunakan perbedaan tekanan hidrostatis pada contoh benda berbentuk persegi panjang.

Di mana P A , P B- tekanan pada titik-titik A Dan B, ρ - kepadatan fluida, H- perbedaan level antar titik A Dan B, S- luas penampang badan mendatar, V- volume bagian tubuh yang terendam.

18. Kesetimbangan suatu benda dalam zat cair dalam keadaan diam

Suatu benda yang dicelupkan (seluruhnya atau sebagian) ke dalam zat cair mengalami tekanan total dari zat cair, diarahkan dari bawah ke atas dan sama dengan berat zat cair dalam volume bagian benda yang direndam. P kamu adalah t = ρ Dan gV Pogr

Untuk benda homogen yang mengapung di permukaan, hubungannya benar

Di mana: V- volume benda terapung; ρ M- kepadatan tubuh.

Teori benda terapung yang ada cukup luas, jadi kami akan membatasi diri hanya untuk mempertimbangkan esensi hidrolik dari teori ini.

Kemampuan suatu benda terapung yang kehilangan keadaan setimbangnya untuk kembali ke keadaan semula disebut stabilitas. Berat zat cair yang diambil berdasarkan volume bagian bejana yang terendam disebut pemindahan, dan titik penerapan tekanan resultan (yaitu pusat tekanan) adalah pusat perpindahan. Pada posisi normal kapal, pusat gravitasi DENGAN dan pusat perpindahan D berbaring pada garis vertikal yang sama HAI"-HAI", mewakili sumbu simetri kapal dan disebut sumbu navigasi (Gbr. 2.5).

Misalkan, di bawah pengaruh gaya luar, kapal miring pada sudut tertentu , sebagian kapal KLM keluar dari cairan, dan sebagian K"L"M", sebaliknya, terjun ke dalamnya. Pada saat yang sama, kami mendapat posisi baru sebagai pusat perpindahan D". Mari kita terapkan pada intinya D" mengangkat R dan kita lanjutkan garis aksinya hingga berpotongan dengan sumbu simetri HAI"-HAI". Poin yang diterima M ditelepon metacenter, dan segmennya mC = jam ditelepon tinggi metasentrik. Kami berasumsi H positif jika titik M terletak di atas titik tersebut C, dan negatif - sebaliknya.

Beras. 2.5. Profil silang kapal

Sekarang perhatikan kondisi keseimbangan kapal:

1) jika H> 0, maka kapal kembali ke posisi semula; 2) jika H= 0, maka ini merupakan kasus keseimbangan acuh tak acuh; 3) jika H<0, то это случай неостойчивого равновесия, при котором продолжается дальнейшее опрокидывание судна.

Akibatnya, semakin rendah pusat gravitasi dan semakin besar ketinggian metasentrik, semakin besar pula stabilitas kapal.