Prawo Archimedesa
Prawo Archimedesa formułuje się słownie w następujący sposób:
Siła wyporu działająca na ciało zanurzone w płynie jest równa ciężarowi płynu wypartego przez to ciało
Mówiąc inaczej, gdybyśmy dokładnie takie samo ciało "wyrzez
bili" z wody (ale nie z lodu, bo lód jest lżejszy
niż woda!), to ciężar tej "rzez
by" dałby nam wartość siły wyporu w wodzie. Oczywiście nie musimy dokładnie
rzez
bić ciała - wystarczy, że po prostu wez
miemy tylko tę ilość "materiału" na naszą rzez
bÄ™ - czyli wodÄ™ majÄ…cÄ…
tyle samo objętości co ciało.
Jakie wnioski wyciÄ…gamy z tego prawa:
że siła wyporu jest tym większa, im cięższy jest płyn - większa siła wyporu jest w wodzie, niż w powietrzu i
większa w rtęci, niż w wodzie.
siła wyporu jest tym większa, im większe (rozmiarami, objętością) jest ciało (a przynajmniej jego zanurzona
część)
Wzór na siłę wyporu
Siłę wyporu da się zapisać wzorem:
Fwyporu = ÁpÅ‚ynu ·g ·Vzanurzona
ÁpÅ‚ynu - gÄ™stość pÅ‚ynu (cieczy, gazu) w którym zanurzone jest ciaÅ‚o - [w ukÅ‚adzie SI w kg/m3]
Vzanurzona  objętość tej części ciała, która jest zanurzona w płynie (w układzie SI w m3)
g  przyspieszenie ziemskie [w układzie SI w m/s2]
Pływanie ciał
Pływanie ciał po powierzchni cieczy
Ciało będzie pływało po powierzchni cieczy, jeśli jego siła wyporu przy maksymalnym zanurzeniu będzie
większa niż ciężar tego ciała.
Gdy ciało pływa po powierzchni wody siła ciężkości jest równoważona przez siłę wyporu (siły ciężkości i
wyporu mają równe wartości, ale przeciwne zwroty). Oczywiście jeśli ciało nie jest całkowicie zanurzone, to siła
wyporu ma jeszcze pewien  zapas , dzięki któremu nawet zwiększenie ciężaru ciała nie spowoduje od razu jego
zatonięcia, bo automatycznie może wzrosnąć siła wyporu. Do momentu aż zanurzy się całe.
Pływanie ciał całkowicie zanurzonych
Nieco inaczej wygląda sytuacja ciał całkowicie zanurzonych  łodzie podwodne, zatopione obiekty, balony,
tonÄ…ce przedmioty itd.
Tutaj mamy dwie główne możliwości
1. siła wyporu jest mniejsza od siły ciężkości  ciało tonie.
2. siła wyporu jest większa od siły ciężkości
 ciało wypływa unosząc się do góry.
Na pograniczu tych dwóch przypadków jest
jeszcze trzeci:
3. siły wyporu i ciężkości są sobie równe  wtedy
ciało pozostaje w bezruchu unosząc się w płynie
Powyższy opis zachowania ciała odnosi się tylko
do sytuacji, w których początkowo ciało
znajdowało się w bezruchu. Jeśli wcześniej nadano
mu prędkość może ono chwilowo poruszać się
niezgodnie z powyższymi zasadami (do momentu,
w którym tarcie płynu nie spowoduje jego
zatrzymania).
Pływalność a gęstość
W przypadku ciał wykonanych z jednolitego materiału można łatwo przewidzieć czy będą one tonęły, czy
wypływały na powierzchnię płynu. Zależy to od gęstości ciał i gęstości płynów w których miałyby one pływać:
jeżeli gÄ™stość ciaÅ‚a jest wiÄ™ksza niż gÄ™stość pÅ‚ynu (ÁciaÅ‚a > ÁpÅ‚ynu), wtedy ciaÅ‚o bÄ™dzie tonąć.
jeżeli gÄ™stość ciaÅ‚a jest mniejsza niż gÄ™stość pÅ‚ynu (ÁciaÅ‚a < ÁpÅ‚ynu), wtedy ciaÅ‚o bÄ™dzie wypÅ‚ywać na
powierzchniÄ™.
Przykłady sił wyporu
W cieczy:
statki pływające po powierzchni  siła wyporu równoważy siłę ciężkości
łodzie podwodne  statki te mają możliwość manewrowania siłą wyporu i siłą ciężkości, dzięki czemu są w
stanie zanurzać się i wynurzać.
ryby stosujÄ… zasady takie jak Å‚odzie podwodne
bąbelki pary unoszące się do góry podczas wrzenia są znacznie lżejsze od wody, więc wypływają na
powierzchniÄ™
lód jest lżejszy od wody, więc unosi się na jej powierzchni
komienie leżące na dnie morza też podlegają działaniu siły wyporu. Jednak ich ciężar jest duży, więc
ostatecznie przeważa i powoduje, że kamiene nie wypływają.
Większość obiektów swobodnie pływających w wodzie ma ciężar właściwy zbliżony do ciężaru wody. Dzięki
temu mogą one łatwo manewrować swoją pływalnością - wynurzać się lub zanurzać głębiej.
W gazie:
balony, sterowce  manewrując ciężarem (balast) lub wartością siły wyporu (wypuszczanie gazu nośnego,
lub zmiana jego ciężaru właściwego za pomocą podgrzewania)
bańki mydlane zawierające ogrzane powietrze z płuc początkowo unoszą się do góry (chyba, że otaczająca je
powłoka z mydła jest zbyt ciężka).
ogrzana para wodna jest lekka, więc wznosi się do góry tworząc chmury. Po oziębieniu skrapla się i nabiera
ciężaru (w sensie ciężaru właściwego), co powoduje, że ostatecznie spada w postaci deszczu.
. Prawo Archimedesa: na ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu równa ciężarowi wypartej przez to
ciało cieczy
Pływanie ciał:
Warunki pływania ciała :a) punkt przyłożenia siły wyporu S1 leży nad
środkiem ciężkości S b)punkt przyłożenia siły wyporu S1 leży poniżej
środka ciężkości
na każde ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu W=Vgq0 i siła ciężkości Q=VGq, q0- gęstość cieczy, q-
średnia gęstość ciała niejednorodnego; wypadkowa tych dwóch sił: R=W-Q=Vq(q0-q)
Mogą tu wystąpić trzy przypadki:
q> q0, wypadkowa siła R<0- ciało tonie
q= q0, R=0- ciało znajduje się w równowadze z cieczą na dowolnej głębokości zanurzenia
q< q0, R>0-ciało pływa częściowo zanurzone