Объяснение архимедовой силы
Архимедова сила (или сила выталкивания) – это сила, действующая на тело, погруженное в жидкость (или газ), которая направлена вверх и равна весу вытесненной жидкостью (или газом) телом.
Основная формула для архимедовой силы:
[ F_a = \rho \cdot g \cdot V ]
где:
- ( F_a ) – архимедова сила,
- ( \rho ) – плотность жидкости,
- ( g ) – ускорение свободного падения (приблизительно ( 9.81 , \text{м/с}^2 )),
- ( V ) – объем погруженной части тела.
Из этой формулы можно получить две другие:
Для плотности жидкости ( \rho ):
[ \rho = \frac{F_a}{g \cdot V} ]
Для объёма погруженной части ( V ):
[ V = \frac{F_a}{\rho \cdot g} ]
Решение задач
Задача 1: Тело объемом 0.084 км³ погружено в ацетон. Найдите архимедову силу, действующую на тело.
Переведем объем в кубические метры:
[ 0.084 , \text{км}^3 = 0.084 \times 10^9 , \text{м}^3 = 84000 , \text{м}^3 ]
Плотность ацетона (приблизительно) ( \rho = 790 , \text{кг/м}^3 ).
Рассчитаем архимедову силу:
[ F_a = \rho \cdot g \cdot V = 790 \cdot 9.81 \cdot 84000 ]
[ F_a \approx 790 \cdot 9.81 \cdot 84000 = 6 146 556 000 , \text{Н} ]
Окончательный ответ: ( F_a \approx 6.15 \times 10^9 , \text{Н} )
Задача 2: Тело объемом 20 см³ погружено в керосин. Найдите архимедову силу, действующую на тело.
Переведем объем в кубические метры:
[ 20 , \text{см}^3 = 20 \times 10^{-6} , \text{м}^3 = 0.00002 , \text{м}^3 ]
Плотность керосина (приблизительно) ( \rho = 800 , \text{кг/м}^3 ).
Рассчитаем архимедову силу:
[ F_a = \rho \cdot g \cdot V = 800 \cdot 9.81 \cdot 0.00002 ]
[ F_a \approx 800 \cdot 9.81 \cdot 0.00002 \approx 0.15696 , \text{Н} ]
Окончательный ответ: ( F_a \approx 0.157 , \text{Н} )
Задача 3: Каков объем железобетонной плиты, если в воде на нее действует выталкивающая сила 6500 Н?
Плотность воды (приблизительно) ( \rho = 1000 , \text{кг/м}^3 ).
Используем формулу для объема:
[ V = \frac{F_a}{\rho \cdot g} = \frac{6500}{1000 \cdot 9.81} ]
[ V \approx \frac{6500}{9810} \approx 0.662 , \text{м}^3 ]
Окончательный ответ: ( V \approx 0.662 , \text{м}^3 )
Задача 4: В какую жидкость погрузили тело, если его объём 17 м³, а архимедова сила 229.5 кН?
Переведем архимедову силу в ньютоны:
[ 229.5 , \text{кН} = 229500 , \text{Н} ]
Используем формулу для плотности жидкости:
[ \rho = \frac{F_a}{g \cdot V} = \frac{229500}{9.81 \cdot 17} ]
[ \rho \approx \frac{229500}{166.77} \approx 1375.8 , \text{кг/м}^3 ]
Определяем, какая это жидкость:
Плотность около 1375.8 кг/м³ соответствует, например, маслу или другим тяжелым жидкостям, но наиболее близкой является вода с добавлением некоторого растворителя или солей.
Окончательный ответ: Плотность примерно 1375.8 кг/м³ (может быть добавленный раствор солей или другие жидкости).