Suzish kuchi. Tavsif, formula

2024 Muallif: Angel Austin | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 05:45

Balonlarning parvozini va dengiz yuzasida kemalarning harakatini kuzatib, ko'pchilik hayron bo'ladi: bu transport vositalarining osmonga ko'tarilishiga nima majbur qiladi yoki bu transport vositalarini suv yuzasida ushlab turadi? Bu savolga javob suzuvchilikdir. Keling, buni maqolada batafsil ko'rib chiqaylik.

Suyuqliklar va ulardagi statik bosim

Suyuqlik moddalarning ikkita agregat holatidir: gaz va suyuqlik. Har qanday tangensial kuchning ularga ta'siri materiyaning ayrim qatlamlarini boshqalarga nisbatan siljishiga olib keladi, ya'ni materiya oqib keta boshlaydi.

Suyuqliklar va gazlar elementar zarrachalardan (molekulalar, atomlar) iborat boʻlib, ular fazoda, masalan, qattiq jismlardagi kabi maʼlum bir pozitsiyaga ega emas. Ular doimo turli yo'nalishlarda harakat qilishadi. Gazlarda bu xaotik harakat suyuqliklarga qaraganda kuchliroqdir. Qayd etilgan faktdan kelib chiqqan holda, suyuq moddalar ularga ta'sir qiladigan bosimni barcha yo'nalishlarda teng ravishda o'tkazishi mumkin (Paskal qonuni).

Kosmosda harakatning barcha yoʻnalishlari teng boʻlgani uchun har qanday elementarga umumiy bosimsuyuqlik ichidagi hajm nolga teng.

Mazkur modda tortishish maydoniga, masalan, Yerning tortishish maydoniga joylashtirilsa, vaziyat tubdan o'zgaradi. Bunday holda, suyuqlik yoki gazning har bir qatlami ma'lum bir vaznga ega bo'lib, u bilan pastki qatlamlarga bosadi. Bu bosim statik bosim deb ataladi. U chuqurlikka to'g'ridan-to'g'ri proportsional ravishda ortadi h. Demak, zichligi r_l bo'lgan suyuqlikda gidrostatik bosim P quyidagi formula bilan aniqlanadi:

P=r_lgh.

Bu yerda g=9,81 m/s²- sayyoramiz yuzasi yaqinida erkin tushish tezlashuvi.

Gidrostatik bosimni kamida bir marta suv ostida bir necha metr shoʻngʻigan har bir kishi sezgan.

Keyin, suyuqliklar misolida suzuvchanlik masalasini ko'rib chiqing. Shunga qaramay, keltirilgan barcha xulosalar gazlar uchun ham amal qiladi.

Gidrostatik bosim va Arximed qonuni

Keling, quyidagi oddiy tajribani oʻrnatamiz. Keling, oddiy geometrik shakldagi tanani olaylik, masalan, kub. Kub tomonining uzunligi a bo'lsin. Bu kubni suvga shunday botiramizki, uning yuqori yuzi h chuqurlikda bo'lsin. Suv kubga qancha bosim o'tkazadi?

Yuqoridagi savolga javob berish uchun rasmning har bir yuziga ta'sir qiluvchi gidrostatik bosim miqdorini hisobga olish kerak. Shubhasiz, barcha yon yuzlarga ta'sir qiluvchi umumiy bosim nolga teng bo'ladi (chap tarafdagi bosim o'ngdagi bosim bilan qoplanadi). Yuqori yuzdagi gidrostatik bosim quyidagicha bo'ladi:

P₁=r_lgh.

Bu bosim pastga qarab. Uning mos keladigan kuchi:

F₁=P₁S=r_lghS.

Bu erda S - kvadrat yuzning maydoni.

Kubning pastki yuzasiga ta'sir qiluvchi gidrostatik bosim bilan bog'liq kuch quyidagilarga teng bo'ladi:

F₂=r_lg(h+a)S.

F₂kuch yuqoriga qaratilgan. Keyin hosil bo'lgan kuch ham yuqoriga yo'n altiriladi. Uning ma'nosi:

F=F₂- F₁=r_lg(h+a)S - r_lghS=r_lgaS.

Esda tutingki, kubning chekka uzunligi va yuz maydoni S koʻpaytmasi uning V hajmidir. Bu fakt formulani quyidagicha qayta yozishga imkon beradi:

F=r_lgV.

Sutuvchi kuchning ushbu formulasi F qiymatining tananing suvga cho'milish chuqurligiga bog'liq emasligini aytadi. V jismning hajmi u ko'chirgan suyuqlik V_l hajmiga to'g'ri kelganligi sababli, biz yozishimiz mumkin:

F_A=r_lgV_l.

Sutuvchi kuch formulasi F_A odatda Arximed qonunining matematik ifodasi deb ataladi. U birinchi marta miloddan avvalgi 3-asrda qadimgi yunon faylasufi tomonidan asos solingan. Arximed qonunini quyidagicha shakllantirish odatiy holdir: agar jism suyuq moddaga botirilsa, u holda unga vertikal yuqoriga ko'tarilgan kuch ta'sir qiladi, bu jism tomonidan siljitilayotgan jismning og'irligiga teng.moddalar. Suzuvchi kuch Arximed kuchi yoki ko'tarish kuchi deb ham ataladi.

Suyuq moddaga botirilgan qattiq jismga ta'sir qiluvchi kuchlar

Jism suzadimi yoki cho'kadimi degan savolga javob berish uchun bu kuchlarni bilish muhimdir. Umuman olganda, ulardan faqat ikkitasi bor:

tortishish yoki tana vazni F_g;
suzish kuchi F_A.

Agar F_g>F_A bo'lsa, tana cho'kadi, deyish mumkin. Aksincha, agar F_g<F_A bo'lsa, u holda tana moddaning yuzasiga yopishadi. Uni cho'ktirish uchun siz F_A-F_g tashqi kuchni qo'llashingiz kerak.

Nomlangan kuchlar formulalarini koʻrsatilgan tengsizliklarga almashtirib, jismlarning suzishining matematik shartini olish mumkin. Bu shunday ko'rinadi:

r_s<r_l.

Bu yerda r_s - tananing o'rtacha zichligi.

Yuqoridagi holatning ta’sirini amalda ko’rsatish oson. Ikkita metall kubni olish kifoya, ulardan biri qattiq, ikkinchisi esa ichi bo'sh. Agar siz ularni suvga tashlasangiz, birinchisi cho'kib ketadi, ikkinchisi esa suv yuzasida suzib yuradi.

Hayotda suzish qobiliyatidan foydalanish

Suv ustida yoki suv ostida harakatlanadigan barcha transport vositalari Arximed printsipidan foydalanadi. Shunday qilib, kemalarning siljishi maksimal suzuvchi kuchni bilish asosida hisoblanadi. Suv osti kemalari o'zgaradimaxsus ballast kameralari yordamida ularning o'rtacha zichligi suzishi yoki cho'kishi mumkin.

Tananing o'rtacha zichligi o'zgarishining yorqin misoli - inson tomonidan qutqaruv ko'ylagidan foydalanish. Ular umumiy hajmni sezilarli darajada oshiradi va shu bilan birga odamning vaznini deyarli o'zgartirmaydi.

Osmonda shar yoki geliy bilan toʻldirilgan chaqaloq sharlarining koʻtarilishi Arximed kuchining suzuvchi kuchiga yorqin misoldir. Uning ko'rinishi issiq havo yoki gaz va sovuq havo zichligi o'rtasidagi farq bilan bog'liq.

Suvdagi Arximed kuchini hisoblash masalasi

Ichi boʻsh shar butunlay suvga botgan. To'pning radiusi 10 sm. Suvning suzish qobiliyatini hisoblash kerak.

Bu muammoni hal qilish uchun toʻp qanday materialdan yasalganini bilish shart emas. Faqat uning hajmini topish kerak. Ikkinchisi quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:

V=4/3pir³.

Unda suvning Arximed kuchini aniqlash ifodasi quyidagicha yoziladi:

F_A=4/3pir³r_lg.

To'pning radiusi va suv zichligini (1000 kg/m³) almashtirsak, biz suzish kuchi 41,1 N ni tashkil qiladi.

Arximed kuchlarini solishtirish muammosi

Ikkita jasad bor. Birinchisining hajmi 200 sm³, ikkinchisi esa 170 sm³. Birinchi tana toza etil spirtiga, ikkinchisi esa suvga botirildi. Bu jismlarga ta'sir etuvchi suzuvchi kuchlar bir xil yoki yo'qligini aniqlash kerak.

Tegishli arximed kuchlari tananing hajmiga va suyuqlikning zichligiga bog'liq. Suv uchun zichlik 1000 kg/m³, etil spirti uchun 789 kg/m³. Quyidagi ma'lumotlardan foydalanib har bir suyuqlikdagi suzish kuchini hisoblang: