Archimedes mencelupkannya ke dalam cairan. Gaya Archimedean - apa artinya?

HUKUM ARCHIMEDES- hukum statika cairan dan gas, yang menurutnya gaya apung bekerja pada benda yang direndam dalam cairan (atau gas), sama dengan berat cairan dalam volume benda.

Fakta bahwa gaya tertentu bekerja pada tubuh yang direndam dalam air sudah diketahui semua orang: tubuh yang berat tampaknya menjadi lebih ringan - misalnya, tubuh kita sendiri ketika direndam dalam bak mandi. Berenang di sungai atau di laut, Anda dapat dengan mudah mengangkat dan memindahkan batu yang sangat berat di sepanjang dasarnya - sehingga kami tidak dapat mengangkatnya di darat; fenomena yang sama diamati ketika, untuk beberapa alasan, seekor paus terlempar ke darat - hewan itu tidak dapat bergerak di luar lingkungan akuatik - beratnya melebihi kemampuan sistem ototnya. Pada saat yang sama, benda ringan menahan perendaman dalam air: untuk menenggelamkan bola seukuran semangka kecil baik kekuatan dan ketangkasan diperlukan; kemungkinan besar tidak mungkin untuk merendam bola dengan diameter setengah meter. Secara intuitif jelas bahwa jawaban atas pertanyaan mengapa sebuah benda mengapung (dan yang lain tenggelam) berkaitan erat dengan aksi cairan pada benda yang terbenam di dalamnya; seseorang tidak dapat puas dengan jawaban bahwa benda ringan mengapung, dan benda berat tenggelam: pelat baja, tentu saja, akan tenggelam dalam air, tetapi jika Anda membuat sebuah kotak darinya, maka ia dapat mengapung; sedangkan berat badannya tidak berubah. Untuk memahami sifat gaya yang bekerja pada benda yang terendam dari cairan, cukup dengan mempertimbangkan contoh sederhana (Gbr. 1).

Kubus dengan tepi Sebuah direndam dalam air, dan air dan kubus tidak bergerak. Diketahui bahwa tekanan dalam cairan berat meningkat sebanding dengan kedalaman - jelas bahwa kolom cairan yang lebih tinggi menekan lebih kuat pada alasnya. Jauh lebih tidak jelas (atau sama sekali tidak jelas) bahwa tekanan ini bekerja tidak hanya ke bawah, tetapi juga ke samping, dan ke atas dengan intensitas yang sama - ini adalah hukum Pascal.

Jika kita mempertimbangkan gaya yang bekerja pada kubus (Gbr. 1), maka, karena simetri yang jelas, gaya yang bekerja pada sisi yang berlawanan adalah sama dan berlawanan arah - mereka mencoba untuk menekan kubus, tetapi tidak dapat mempengaruhi keseimbangan atau gerakannya . Ada gaya yang bekerja pada permukaan atas dan bawah. Biarlah H adalah kedalaman perendaman wajah bagian atas, R adalah densitas cairan, G adalah percepatan gravitasi; maka tekanan di atas adalah

R· G · h = p 1

dan di bagian bawah

R· G(h+a)=p 2

Gaya tekanan sama dengan tekanan dikalikan dengan luas, mis.

F 1 = P satu · Sebuah\up122, F 2 = P 2 · Sebuah\up122 , di mana Sebuah- tepi kubus,

dan kekuatan F 1 diarahkan ke bawah, dan gaya F 2 - naik. Dengan demikian, aksi cairan pada kubus dikurangi menjadi dua gaya - F 1 dan F 2 dan ditentukan oleh perbedaannya, yang merupakan gaya apung:

F 2 – F 1 =R· G· ( h+a)Sebuah\up122- rgha· Sebuah 2 = pga 2

Gayanya apung, karena permukaan bawah, tentu saja, terletak lebih rendah dari yang atas dan gaya ke atas lebih besar daripada gaya ke bawah. Nilai F 2 – F 1 = pga 3 sama dengan volume tubuh (kubus) Sebuah 3 dikalikan dengan berat satu sentimeter kubik cairan (jika kita mengambil 1 cm sebagai satuan panjang). Dengan kata lain, gaya apung, sering disebut sebagai gaya Archimedean, sama dengan berat fluida dalam volume benda dan diarahkan ke atas. Hukum ini ditetapkan oleh ilmuwan Yunani kuno Archimedes, salah satu ilmuwan terbesar di Bumi.

Jika benda berbentuk sembarang (Gbr. 2) menempati volume di dalam cairan V, maka aksi cairan pada tubuh sepenuhnya ditentukan oleh tekanan yang didistribusikan di permukaan tubuh, dan kami mencatat bahwa tekanan ini sepenuhnya independen dari bahan tubuh - ("cairan tidak peduli apa yang harus dimasukkan tekanan pada").

Untuk menentukan gaya tekanan yang dihasilkan pada permukaan tubuh, perlu secara mental menghapus volume V diberikan tubuh dan mengisi (mental) volume ini dengan cairan yang sama. Di satu sisi, ada bejana dengan cairan diam, di sisi lain, di dalam volume V- benda yang terdiri dari cairan tertentu, dan benda ini berada dalam keseimbangan di bawah aksi beratnya sendiri (cairan berat) dan tekanan fluida pada permukaan volume V. Karena berat cairan dalam volume tubuh adalah pgV dan diseimbangkan dengan resultan gaya-gaya tekanan, maka nilainya sama dengan berat zat cair dalam volume V, yaitu pgV.

Setelah mental membuat substitusi terbalik - menempatkan dalam volume V tubuh ini dan mencatat bahwa penggantian ini tidak akan mempengaruhi distribusi gaya tekanan pada permukaan volume V, kita dapat menyimpulkan: sebuah benda yang dicelupkan ke dalam fluida berat yang diam mendapat gaya ke atas (gaya Archimedean) yang sama dengan berat fluida dalam volume benda tersebut.

Demikian pula, dapat ditunjukkan bahwa jika suatu benda dicelupkan sebagian ke dalam zat cair, maka gaya Archimedean sama dengan berat zat cair dalam volume bagian benda yang tercelup. Jika dalam hal ini gaya Archimedean sama dengan berat, maka benda tersebut mengapung di permukaan zat cair. Jelas bahwa jika, dengan pencelupan penuh, gaya Archimedean ternyata menjadi kurang berat tubuh, itu akan tenggelam. Archimedes memperkenalkan konsep berat jenis» G, yaitu berat per satuan volume zat: G = hal; jika kita mengambil itu untuk air G= 1 , maka benda padat materi, di mana G> 1 akan tenggelam, dan ketika G < 1 будет плавать на поверхности; при G= 1 benda dapat mengapung (menggantung) di dalam fluida. Sebagai kesimpulan, kami mencatat bahwa hukum Archimedes menggambarkan perilaku balon di udara (saat diam dengan kecepatan rendah).

Vladimir Kuznetsov

Alasan munculnya gaya Archimedean adalah perbedaan tekanan medium pada kedalaman yang berbeda. Oleh karena itu, gaya Archimedes hanya muncul dengan adanya gravitasi. Di Bulan, itu akan menjadi enam kali, dan di Mars - 2,5 kali lebih sedikit daripada di Bumi.

Tidak ada gaya Archimedean dalam keadaan tanpa bobot. Jika kita membayangkan bahwa gravitasi di Bumi tiba-tiba menghilang, maka semua kapal di lautan, samudera, dan sungai dari dorongan sekecil apa pun akan pergi ke kedalaman apa pun. Tetapi tegangan permukaan air, yang tidak bergantung pada gravitasi, tidak akan membiarkan mereka naik, sehingga mereka tidak akan bisa lepas landas, mereka semua akan tenggelam.

Bagaimana kekuatan Archimedes diwujudkan?

Besarnya gaya Archimedean tergantung pada volume benda yang terendam dan kepadatan media tempat benda itu berada. Tepatnya dalam pandangan modern: sebuah benda yang dibenamkan dalam media cair atau gas dalam medan gravitasi dipengaruhi oleh gaya apung yang persis sama dengan berat media yang dipindahkan oleh tubuh, yaitu, F = gV, di mana F adalah kekuatan Archimedes; adalah kepadatan media; g - percepatan jatuh bebas; V adalah volume zat cair (gas) yang dipindahkan oleh benda atau bagian yang tercelup.

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

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

Sepintas memang aneh, tetapi jika lembaran dicelupkan rata, maka terjadi penurunan perbedaan tekanan sebesar lembaran tipis diimbangi dengan peningkatan luas tegak lurus permukaan air. Dan ketika dicelupkan ke tepi, sebaliknya, area tepi yang kecil dikompensasi oleh ketinggian lembaran yang lebih besar.

Jika air sangat jenuh dengan garam, mengapa kerapatannya menjadi lebih tinggi daripada kerapatan tubuh manusia, maka bahkan orang yang tidak bisa berenang tidak akan tenggelam di dalamnya. Di Laut Mati di Israel, misalnya, wisatawan bisa berbaring di air selama berjam-jam tanpa bergerak. Benar, masih tidak mungkin untuk berjalan di atasnya - area penyangga ternyata kecil, seseorang jatuh ke dalam air hingga tenggorokannya sampai berat bagian tubuh yang terbenam sama dengan berat air yang dipindahkan olehnya. Namun, jika Anda memiliki imajinasi tertentu, Anda dapat menambahkan legenda berjalan di atas air. Namun pada minyak tanah yang berat jenisnya hanya 0,815 kg * cu. dm, tidak akan bisa bertahan di permukaan dan perenang yang sangat berpengalaman.

Gaya Archimedean dalam dinamika

Fakta bahwa kapal mengapung berkat kekuatan Archimedes diketahui semua orang. Tetapi para nelayan tahu bahwa gaya Archimedean juga dapat digunakan dalam dinamika. Jika ikan besar dan kuat (taimen, misalnya) telah menangkap, maka perlahan-lahan menariknya ke jaring (menariknya keluar) tidak: ia akan memutuskan tali dan pergi. Pertama-tama Anda harus menariknya dengan ringan saat dia pergi. Merasakan kail pada saat yang sama, ikan, yang berusaha melepaskannya, akan bergegas ke arah nelayan. Maka Anda perlu menarik dengan sangat keras dan tajam agar pancing tidak sempat putus.

Di dalam air, tubuh ikan hampir tidak berbobot, tetapi massanya dipertahankan dengan inersia. Dengan metode memancing ini, gaya Archimedean seolah-olah akan memberi ikan itu ekor, dan mangsanya sendiri akan jatuh di kaki nelayan atau ke perahunya.

Gaya Archimedean di udara

Gaya Archimedean tidak hanya bekerja pada zat cair, tetapi juga pada gas. Berkat dia, balon dan kapal udara (zeppelin) terbang. 1 cu. m udara dalam kondisi normal (20 derajat Celcius di permukaan laut) memiliki berat 1,29 kg, dan 1 kg helium - 0,21 kg. Artinya, 1 meter kubik cangkang yang diisi mampu mengangkat beban 1,08 kg. Jika cangkang tersebut berdiameter 10 m, maka volumenya adalah 523 meter kubik. m. Setelah melakukannya dari bahan sintetis yang ringan, kami mendapatkan gaya angkat sekitar setengah ton. Aeronaut menyebut gaya Archimedean di udara sebagai gaya mengambang.

Jika udara dipompa keluar dari balon tanpa membiarkannya berkerut, maka setiap meter kubiknya akan menarik semua 1,29 kg. Peningkatan lebih dari 20% dalam lift secara teknis sangat menggoda, tetapi helium mahal, dan hidrogen bersifat eksplosif. Oleh karena itu, proyek kapal udara vakum lahir dari waktu ke waktu. Tetapi bahan yang mampu menahan tekanan atmosfer yang besar (sekitar 1 kg per cm persegi) dari luar di cangkang, teknologi modern belum bisa membuat.

Tampaknya tidak ada yang lebih sederhana daripada hukum Archimedes. Tapi begitu Archimedes sendiri mematahkan kepalanya atas penemuannya. Bagaimana itu?

Sebuah cerita menarik terkait dengan penemuan hukum dasar hidrostatika.

Fakta dan legenda menarik dari kehidupan dan kematian Archimedes

Selain terobosan raksasa seperti penemuan hukum Archimedes yang sebenarnya, ilmuwan juga memiliki daftar lengkap manfaat dan prestasi. Secara umum, dia adalah seorang jenius yang bekerja di bidang mekanika, astronomi, dan matematika. Dia menulis karya-karya seperti risalah "pada benda terapung", "pada bola dan silinder", "pada spiral", "pada konoid dan spheroids" dan bahkan "pada butiran pasir". Dalam karya terbaru, upaya dilakukan untuk mengukur jumlah butir pasir yang dibutuhkan untuk mengisi alam semesta.

Peran Archimedes dalam pengepungan Syracuse

Pada 212 SM, Syracuse dikepung oleh Romawi. Archimedes yang berusia 75 tahun merancang ketapel yang kuat dan mesin lempar ringan jarak pendek, serta apa yang disebut "cakar Archimedes". Dengan bantuan mereka, adalah mungkin untuk benar-benar membalikkan kapal musuh. Dihadapkan dengan perlawanan yang begitu kuat dan teknologi, orang-orang Romawi tidak dapat mengambil alih kota dengan badai dan dipaksa untuk memulai pengepungan. Menurut legenda lain, Archimedes, dengan bantuan cermin, berhasil membakar armada Romawi dengan memfokuskan sinar matahari ke kapal. Kebenaran legenda ini tampaknya diragukan, karena. tidak ada sejarawan pada waktu itu yang menyebutkan hal ini.

Kematian Archimedes

Menurut banyak kesaksian, Archimedes dibunuh oleh orang Romawi ketika mereka mengambil Syracuse. Berikut adalah salah satu versi yang mungkin dari kematian insinyur hebat itu.

Di teras rumahnya, ilmuwan merenungkan diagram yang dia gambar dengan tangannya tepat di atas pasir. Seorang tentara yang lewat menginjak gambar itu, dan Archimedes, tenggelam dalam pikirannya, berteriak: "Menjauh dari gambar saya." Menanggapi ini, seorang prajurit yang bergegas ke suatu tempat hanya menikam lelaki tua itu dengan pedang.

Nah, sekarang tentang titik sakitnya: tentang hukum dan kekuatan Archimedes ...

Bagaimana hukum Archimedes ditemukan dan asal usul "Eureka!" yang terkenal itu!

Jaman dahulu. Abad ketiga SM. Sisilia, di mana masih belum ada mafia, tetapi ada orang Yunani kuno.

Penemu, insinyur dan ilmuwan teoretis dari Syracuse (koloni Yunani di Sisilia) Archimedes bertugas di bawah Raja Hieron II. Suatu ketika perhiasan membuat mahkota emas untuk raja. Raja, sebagai orang yang mencurigakan, memanggil ilmuwan itu kepadanya dan menginstruksikannya untuk mencari tahu apakah mahkota itu mengandung kotoran perak. Di sini harus dikatakan bahwa pada waktu yang jauh itu tidak ada yang memecahkan masalah seperti itu dan kasusnya belum pernah terjadi sebelumnya.

Archimedes berpikir lama, tidak menemukan apa pun, dan suatu hari memutuskan untuk pergi ke pemandian. Di sana, duduk di semangkuk air, ilmuwan menemukan solusi untuk masalah tersebut. Archimedes menarik perhatian pada hal yang sangat jelas: tubuh, yang terjun ke dalam air, memindahkan volume air yang sama dengan volume tubuhnya sendiri. Saat itu, bahkan tanpa repot-repot berpakaian, Archimedes melompat keluar dari bak mandi dan meneriakkan "Eureka"-nya yang terkenal, yang berarti "ditemukan." Muncul di hadapan raja, Archimedes meminta untuk memberinya batangan perak dan emas, yang beratnya sama dengan mahkota. Dengan mengukur dan membandingkan volume air yang dikeluarkan oleh mahkota dan batangan, Archimedes menemukan bahwa mahkota itu tidak terbuat dari emas murni, tetapi memiliki kotoran perak. Inilah kisah penemuan hukum Archimedes.

Inti dari hukum Archimedes

Jika Anda bertanya pada diri sendiri bagaimana memahami prinsip Archimedes, kami akan menjawabnya. Duduk saja, berpikir, dan pemahaman akan datang. Sebenarnya, undang-undang ini mengatakan:

Suatu benda yang dicelupkan ke dalam gas atau cairan dikenai gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat cair (gas) dalam volume bagian benda yang terendam. Gaya ini disebut gaya Archimedes.

Seperti yang Anda lihat, gaya Archimedes tidak hanya bekerja pada benda yang terbenam di dalam air, tetapi juga pada benda di atmosfer. Kekuatan yang membuat balon untuk bangkit adalah kekuatan yang sama dari Archimedes. Gaya Archimedean dihitung dengan menggunakan rumus:

Di sini istilah pertama adalah massa jenis cairan (gas), yang kedua adalah percepatan jatuh bebas, yang ketiga adalah volume benda. Jika gaya gravitasi sama dengan gaya Archimedes, tubuh mengapung, jika lebih besar, tenggelam, dan jika lebih kecil, mengapung hingga mulai mengapung.

Pada artikel ini, kami memeriksa hukum Archimedes untuk boneka. Jika Anda ingin tahu cara menyelesaikan masalah di mana ada hukum Archimedes, silakan hubungi. Penulis terbaik akan dengan senang hati membagikan pengetahuan mereka dan menguraikan sendiri solusinya tugas yang menantang"di rak."

Dan statika gas.

YouTube ensiklopedis

1 / 5
Hukum Archimedes dirumuskan sebagai berikut: gaya apung bekerja pada benda yang direndam dalam cairan (atau gas), sama dengan berat cairan (atau gas) dalam volume bagian tubuh yang terbenam. Kekuatan itu disebut kekuatan Archimedes:
F A = g V , (\displaystyle (F)_(A)=\rho (g)V,)
di mana (\displaystyle \rho ) adalah massa jenis zat cair (gas), g(\gaya tampilan(g))- percepatan jatuh bebas, dan V (\gaya tampilan V)- volume bagian tubuh yang terendam (atau bagian volume tubuh di bawah permukaan). Jika benda mengapung di permukaan (bergerak secara merata ke atas atau ke bawah), maka gaya apung (juga disebut gaya Archimedean) sama besar nilainya (dan berlawanan arah) dengan gaya gravitasi yang bekerja pada volume cairan (gas ) dipindahkan oleh tubuh, dan diterapkan ke pusat gravitasi volume ini.

Perlu dicatat bahwa tubuh harus benar-benar dikelilingi 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 kedap udara.
Adapun benda yang berada dalam gas, misalnya di udara, untuk mencari gaya angkat, perlu mengganti massa jenis cairan dengan massa jenis gas. Misalnya, balon dengan helium terbang ke atas karena fakta bahwa kerapatan helium lebih kecil daripada kerapatan udara.
Hukum Archimedes dapat dijelaskan dengan menggunakan perbedaan tekanan hidrostatik menggunakan contoh benda persegi panjang.
P B P A = ρ g h (\displaystyle P_(B)-P_(A)=\rho gh) F B F A = g h S = g V , (\displaystyle F_(B)-F_(A)=\rho ghS=\rho gV,)
di mana P A , P B- titik tekanan SEBUAH Dan B, - kerapatan cairan, H- perbedaan level antara poin SEBUAH Dan B, S- luas horizontal persilangan tubuh, V- volume bagian tubuh yang terbenam.
Dalam fisika teoretis, hukum Archimedes juga digunakan dalam bentuk integral:
F A = ∬ S p d S (\displaystyle (F)_(A)=\iint \limits _(S)(p(dS))),
di mana S (\gaya tampilan S) - luas permukaan, p (\gaya tampilan p)- tekanan pada titik sewenang-wenang, integrasi dilakukan di seluruh permukaan tubuh.
Dengan tidak adanya medan gravitasi, yaitu, dalam keadaan tanpa bobot, hukum Archimedes tidak berfungsi. Astronot cukup akrab dengan fenomena ini. Secara khusus, dalam keadaan tanpa bobot tidak ada fenomena konveksi (alami), oleh karena itu, misalnya, pendinginan udara dan ventilasi kompartemen hidup pesawat ruang angkasa dilakukan secara paksa oleh kipas.

Generalisasi

Analog tertentu dari hukum Archimedes juga berlaku di setiap medan gaya yang bekerja secara berbeda pada benda dan pada cairan (gas), atau dalam medan yang tidak homogen. Misalnya, ini mengacu pada medan gaya inersia (misalnya, gaya sentrifugal) - sentrifugasi didasarkan pada ini. Contoh untuk medan yang bersifat non-mekanis: diamagnet dalam ruang hampa dipindahkan dari daerah dengan medan magnet yang lebih besar ke daerah dengan intensitas yang lebih rendah.

Derivasi hukum Archimedes untuk benda berbentuk arbitrer

Tekanan hidrostatis zat cair pada kedalaman h (\gaya tampilan h) makan p = g h (\displaystyle p=\rho gh). Pada saat yang sama, kami mempertimbangkan (\displaystyle \rho ) cair dan kekuatan medan gravitasi adalah nilai konstan, dan h (\gaya tampilan h)- parameter. Mari kita ambil benda berbentuk arbitrer dengan volume bukan nol. Mari kita perkenalkan sistem koordinat ortonormal kanan O x y z (\displaystyle Oxyz), dan pilih arah sumbu z yang bertepatan dengan arah vektor g → (\displaystyle (\vec (g))). Nol di sepanjang sumbu z diatur pada permukaan cairan. Mari kita pilih area dasar di permukaan tubuh d S (\gaya tampilan dS). Ini akan ditindaklanjuti oleh gaya tekanan fluida yang diarahkan ke dalam tubuh, d F → A = p d S → (\displaystyle d(\vec (F))_(A)=-pd(\vec (S))). Untuk mendapatkan gaya yang akan bekerja pada tubuh, kami mengambil integral di atas permukaan:
F → A = ∫ S pd S → = ∫ S ghd S → = g ∫ S hd S → = ∗ g V grad (h) d V = ∗ ∗ g ∫ V e → zd V = ρ ge → z V d V = (ρ g V) (− e → z) (\displaystyle (\vec (F))_(A)=-\int \limits _(S)(p \,d(\vec (S)))=-\int \limits _(S)(\rho gh\,d(\vec (S)))=-\rho g\int \limits _(S)( h\,d(\vec (S)))=^(*)-\rho g\int \limits _(V)(grad(h)\,dV)=^(**)-\rho g\int \limits _(V)((\vec (e))_(z)dV)=-\rho g(\vec (e))_(z)\int \limits _(V)(dV)=(\ rho gV)(-(\vec (e))_(z)))
Ketika melewati dari integral di atas permukaan ke integral di atas volume, kami menggunakan teorema Ostrogradsky-Gauss yang digeneralisasi.
h (x, y, z) = z; lulusan (h) = ∇ h = e → z (\displaystyle ()^(*)h(x,y,z)=z;\quad ^(**)grad(h)=\nabla h=( \vec (e))_(z))
Kami mendapatkan bahwa modulus gaya Archimedes sama dengan g V (\displaystyle \rho gV), dan arahnya berlawanan dengan arah vektor kuat medan gravitasi.

Kata lain (di mana t (\displaystyle \rho _(t))- kepadatan tubuh, s (\displaystyle \rho _(s)) adalah kerapatan media di mana ia direndam).

Hukum Archimedes dirumuskan sebagai berikut: gaya apung bekerja pada benda yang direndam dalam cairan (atau gas), sama dengan berat cairan (atau gas) yang dipindahkan oleh benda tersebut. Kekuatan itu disebut kekuatan Archimedes:
di mana adalah massa jenis cairan (gas), adalah percepatan jatuh bebas, dan adalah volume benda yang terendam (atau bagian dari volume benda di bawah permukaan). Jika benda mengapung di permukaan atau bergerak secara merata ke atas atau ke bawah, maka gaya apung (disebut juga gaya Archimedean) sama besar nilainya (dan berlawanan arah) dengan gaya gravitasi yang bekerja pada volume cairan (gas). dipindahkan oleh tubuh, dan diterapkan ke pusat gravitasi volume ini.
Benda mengapung jika gaya Archimedes mengimbangi gaya gravitasi benda.
Perlu dicatat bahwa tubuh harus benar-benar dikelilingi 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 kedap udara.
Adapun benda yang berada dalam gas, misalnya di udara, untuk mencari gaya angkat, perlu mengganti massa jenis cairan dengan massa jenis gas. Misalnya, balon dengan helium terbang ke atas karena fakta bahwa kerapatan helium lebih kecil daripada kerapatan udara.
Hukum Archimedes dapat dijelaskan dengan menggunakan perbedaan tekanan hidrostatik menggunakan contoh benda persegi panjang.
di mana P SEBUAH , P B- titik tekanan SEBUAH Dan B, - kerapatan cairan, H- perbedaan level antara poin SEBUAH Dan B, S adalah luas penampang horizontal tubuh, V- volume bagian tubuh yang terbenam.
18. Kesetimbangan tubuh dalam cairan saat istirahat
Benda yang dicelupkan (sebagian atau seluruhnya) ke dalam zat cair mengalami tekanan total dari sisi zat cair yang diarahkan ke atas dan sama dengan berat zat cair dalam volume bagian benda yang terendam. P kamu adalah = ρ dengan baik gV pemakaman
Untuk benda homogen yang mengapung di permukaan, hubungan
di mana: V- volume benda mengambang; P M adalah kepadatan tubuh.
Teori benda terapung yang ada cukup luas, jadi kita akan membatasi diri hanya untuk mempertimbangkan esensi hidrolik dari teori ini.
Kemampuan benda terapung, dikeluarkan dari keseimbangan, untuk kembali ke keadaan ini lagi disebut stabilitas. Berat cairan yang diambil dalam volume bagian kapal yang terendam disebut pemindahan, dan titik penerapan tekanan yang dihasilkan (yaitu pusat tekanan) - pusat perpindahan. Dalam posisi normal kapal, pusat gravitasi DARI dan pusat perpindahan D terletak pada garis vertikal yang sama O"-O", mewakili sumbu simetri kapal dan disebut sumbu navigasi (Gbr. 2.5).
Biarkan, di bawah pengaruh kekuatan eksternal, kapal miring pada sudut tertentu , bagian dari kapal KLM keluar dari cairan, dan bagian K"L"M" sebaliknya, terjun ke dalamnya. Pada saat yang sama, posisi baru dari pusat perpindahan diperoleh D". Terapkan ke suatu titik D" kekuatan angkat R dan lanjutkan garis kerjanya sampai berpotongan dengan sumbu simetri O"-O". Poin yang diterima M ditelepon pusat meta, dan segmen mC = h ditelepon tinggi metasentrik. Kami berasumsi H positif jika titik M terletak di atas titik C, dan negatif sebaliknya.
Beras. 2.5. Profil melintang kapal
Sekarang perhatikan kondisi keseimbangan kapal:
1) jika H> 0, maka kapal kembali ke posisi semula; 2) jika H= 0, maka ini adalah kasus keseimbangan acuh tak acuh; 3) jika H<0, то это случай неостойчивого равновесия, при котором продолжается дальнейшее опрокидывание судна.
Oleh karena itu, semakin rendah pusat gravitasi dan semakin besar ketinggian metasentrik, semakin besar stabilitas kapal.
Kami juga merekomendasikan