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:

  • pomiar gęstości cieczy za pomocą aerometru
  • lot balonem
  • zanurzanie i wynurzanie łodzi podwodnej
  • wyjaśnienie zasady działania pęcherza pławnego u ryb
  • symulacja nieważkości
  • zasada pływania ciał (omówiona w odrębnym artykule).

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.



© medianauka.pl, 2019-05-07, ART-3637


Inne zagadnienia z tej lekcji

Ogólne własności płynówOgólne 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.
CiśnienieCiśnienie
Płyn w fizyce oznacza pewien ośrodek przyjmujący kształt naczynia, w którym się znajduje. Zatem płyny nie posiadają kształtu (brak sprężystości kształtu).
Prawo PascalaPrawo Pascala
Ciśnienie, które jest wywierane z zewnątrz na ciecz lub gaz rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach.
Ciśnienie hydrostatyczneCiśnienie hydrostatyczne
Ciśnienie słupa płynu znajdującego się w spoczynku to ciśnienie hydrostatyczne.


Niektóre treści nie są dostosowane do Twojego profilu. Jeżeli jesteś pełnoletni możesz wyrazić zgodę na przetwarzanie swoich danych osobowych. W ten sposób będziesz miał także wpływ na rozwój naszego serwisu.
© Media Nauka 2008-2018 r.