Студент бакалавриата
  1. Классическая механика  1.1. динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. движение снаряда  1.1.4. Относительная скорость  1.1.5. Равномерное круговое движение  1.1.6. Неравномерное круговое движение  1.1.7. Системы отсчета и преобразования  1.2. Законы движения Ньютона  1.2.1. Первый закон движения  1.2.2. Second law of motion  1.2.3. Third Law of Motion  1.2.4. Применение законов Ньютона  1.2.5. Трение и его виды  1.2.6. Диаграмма свободного тела  1.2.7. Ограничения и псевдо-силы  1.3. Work and Energy  1.3.1. работа, проделанная силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия в классической механике  1.3.5. Консервативные и неконсервативные силы  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и КПД  1.4. Скорость и столкновения  1.4.1. Линейный импульс  1.4.2. Закон сохранения импульса  1.4.3. Impulse and impact force  1.4.4. Упругие и неупругие столкновения  1.4.5. Центр масс и скорость  1.4.6. Rocket Propulsion  1.5. Вращательное движение  1.5.1. Крутящий момент и угловой момент  1.5.2. Момент инерции  1.5.3. Кинематика вращения  1.5.4. Вращательная энергия  1.5.5. Rolling Motion  1.5.6. Precession and gyroscopic motion  1.6. Gravitational force  1.6.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.6.2. Гравитационная потенциальная энергия  1.6.3. Orbital mechanics  1.6.4. Kepler's laws of planetary motion  1.6.5. Гравитационное поле и потенциал  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Давление и принцип Паскаля  1.7.2. Плавучесть и принцип Архимеда  1.7.3. Динамика жидкостей и принцип Бернулли  1.7.4. Вязкость и закон Пуазейля  1.7.5. Поверхностное натяжение и капиллярность  1.8. Колебания и волны  1.8.1. Простое Гармоническое Движение  1.8.2. Затухающие и вынужденные колебания  1.8.3. Связанные колебания и нормальные режимы  1.8.4. Wave properties and types  1.8.5. Звуковые волны и эффект Доплера  1.8.6. Интерференция волн и суперпозиция
  2. Электромагнетизм  2.1. Электростатика  2.1.1. Electric charge and properties  2.1.2. Coulomb's law  2.1.3. Электрическое поле и электрический потенциал  2.1.4. Закон Гаусса  2.1.5. Capacitance and Dielectric  2.1.6. Электрический диполь и потенциальная энергия  2.2. Electric circuits  2.2.1. Ток и сопротивление  2.2.2. Закон Ома  2.2.3. Kirchhoff's Laws  2.2.4. RC цепь  2.2.5. AC Circuits and Reactance  2.2.6. Электрическая мощность и энергия  2.3. Магнетизм  2.3.1. Магнитные поля и силы  2.3.2. Закон Ампера  2.3.3. Magnetic dipole moment  2.3.4. Закон Био-Савара  2.3.5. Magnetic Materials and Hysteresis  2.4. Электромагнитная индукция  2.4.1. Закон Фарадея  2.4.2. Lenz's law  2.4.3. Самоиндукция и взаимная индукция  2.4.4. Трансформаторы и индуктивные цепи  2.5. Уравнения Максвелла  2.5.1. Закон Гаусса для электричества  2.5.2. Закон Гаусса для магнетизма  2.5.3. Закон индукции Фарадея  2.5.4. Ampere-Maxwell law  2.5.5. Electromagnetic waves
  3. Термодинамика  3.1. Laws of Thermodynamics  3.1.1. Нулевой закон термодинамики  3.1.2. Первый закон термодинамики  3.1.3. Второй закон  3.1.4. Третий закон  3.2. Тепло и работа  3.2.1. Теплопередача (кондукция, конвекция, излучение)  3.2.2. Термическое расширение  3.2.3. Тепловые двигатели и холодильники  3.2.4. Цикл Карно и эффективность  3.3. Статистическая механика  3.3.1. Распределение Максвелла–Больцмана  3.3.2. Энтропия и Вероятность  3.3.3. Функция распределения  3.3.4. Статистика Ферми–Дирака и Бозе–Эйнштейна
  4. Оптика  4.1. Геометрическая оптика  4.1.1. Отражение и преломление  4.1.2. Mirrors and lenses  4.1.3. Optical Instruments  4.1.4. Fermat's principle  4.2. Оптика волн  4.2.1. Интерференция в волновой оптике  4.2.2. Дифракция  4.2.3. Поляризация  4.2.4. Когерентность и голография
  5. Квантовая механика  5.1. Дуализм волна-частица  5.1.1. Излучение абсолютно черного тела в дуализме волны-частицы в квантовой механике  5.1.2. Фотоэлектрический эффект  5.1.3. Комптоновское рассеяние  5.1.4. Длина волны де Бройля  5.2. Уравнение Шрёдингера  5.2.1. Стационарное уравнение Шрёдингера  5.2.2. Частица в ящике  5.2.3. Quantum Tunneling  5.2.4. Потенциальные ямы и барьеры  5.3. Квантовые состояния  5.3.1. Функция волны  5.3.2. Quantum operators  5.3.3. Принцип неопределённости Гейзенберга  5.3.4. Угловой момент и спин
  6. Относительность  6.1. Special relativity  6.1.1. Преобразования Лоренца  6.1.2. Временное расширение и сокращение длины  6.1.3. Релятивистская энергия и импульс  6.2. Общая теория относительности  6.2.1. Принцип Эквивалентности  6.2.2. Метрика Шварцшильда  6.2.3. Гравитационные волны  6.2.4. Чёрные дыры и горизонты событий
  7. Физика твердого тела  7.1. Кристаллическая структура  7.1.1. Решетки Бравэ  7.1.2. Рентгеновская дифракция  7.1.3. Band theory  7.1.4. Фононы и колебания решетки  7.2. Electrical and Magnetic Properties  7.2.1. Conductors, Semiconductors and Insulators  7.2.2. Сверхпроводимость  7.2.3. Эффект Холла
  8. Ядерная и частичная физика  8.1. Atomic Structure  8.1.1. Атомная модель  8.1.2. Энергия связи ядра  8.2. Радиоактивность  8.2.1. Alpha, beta, gamma decay  8.2.2. Период полураспада  8.2.3. Ядерное деление и слияние  8.3. Particle physics  8.3.1. Standard Model  8.3.2. Кварки и лептоны  8.3.3. антиматерия  8.3.4. Фундаментальные взаимодействия
  9. Астрофизика и космология  9.1. Эволюция звезд  9.1.1. Звездообразование  9.1.2. Чёрные дыры и нейтронные звёзды  9.1.3. Белые карлики и сверхновые  9.2. Космология  9.2.1. Теория Большого взрыва  9.2.2. Dark matter and dark energy  9.2.3. Космическое микроволновое фоновое излучение

Студент бакалавриата → Классическая механика → Fluid mechanics ↓


Плавучесть и принцип Архимеда


В изучении механики жидкостей важно понимать, как объекты взаимодействуют с жидкостями. Два основных понятия в этой области — это плавучесть и принцип Архимеда. Этот урок предоставит подробную информацию об этих понятиях, объясняя их принципы, важность и применение в реальном мире.

Плавучесть

Плавучесть — это восходящая сила, оказываемая жидкостью, которая противодействует весу объекта, помещенного в нее. Именно поэтому объекты плавают или тонут в воде. Давайте более подробно рассмотрим, как действует эта сила и какие факторы на нее влияют.

Что такое сила плавучести?

Когда объект погружается в жидкость (полностью или частично), он испытывает восходящую силу плавучести. Эта сила равна весу жидкости, вытесненной объектом. Принцип, управляющий плавучестью, одинаков для всех жидкостей, что означает, что он применяется как к жидкостям, так и к газам.

Сила плавучести (F_b) = вес вытесненной жидкости

Факторы, влияющие на плавучесть

  1. Объем объекта: Большие объекты вытесняют больше жидкости, увеличивая силу плавучести.
  2. Плотность жидкости: Чем плотнее жидкость, тем больше сила плавучести при заданном объеме вытесненной жидкости.

Визуальный пример

Вода объект

Принцип Архимеда

Принцип Архимеда объясняет, почему происходит плавучесть. Он гласит, что объект, погруженный в жидкость, поднимается с силой, равной весу вытесненной ею жидкости. Этот принцип помогает предсказать, будет ли объект плавать или тонуть.

F_b = ρ_жидкости × V_вытесненной жидкости × g

Где:

  • F_b — сила плавучести.
  • ρ_жидкости — плотность жидкости.
  • V_вытесненной жидкости — объем вытесненной жидкости.
  • g — ускорение свободного падения (около 9.81 м/с² на Земле).

Понимание на примерах

Примеры: плавающее судно

Корабль плавает, потому что он вытесняет количество воды, равное собственному весу. Когда он входит в воду, он погружается, пока вес вытесненной воды не станет равным его собственному весу, после чего он плавает.

Почему корабли плавают?

Несмотря на то, что корабли сделаны из тяжелых материалов, они могут плавать из-за своей формы, которая вытесняет большой объем воды. Общая плотность корабля (включая его полые части, заполненные воздухом) меньше плотности воды, что позволяет ему плавать.

Реальные приложения: подводные лодки

Подводные лодки могут либо плавать на поверхности, либо опускаться на дно океана, регулируя свою плавучесть. Они регулируют свою плавучесть, изменяя количество воды в своих балластных танках.

Визуальный пример

Подводная лодка

Расчет силы плавучести

Чтобы рассчитать силу плавучести, действующую на объект, необходимо знать объем объекта, погруженного в жидкость, и плотность жидкости. Как только значения известны, можно применить формулу для плавучести.

Пример: расчет силы плавучести

Рассмотрим кусок дерева объемом 0.5 м3, погруженный в воду. Если плотность воды составляет 1000 кг/м3, какова будет сила плавучести?

Используя F_b = ρ_жидкости × V_вытесненной жидкости × g:
F_b = 1000 кг/м³ × 0.5 м³ × 9.81 м/с²
F_b = 4905 Н

Сила плавучести, действующая на блок, составляет 4905 Н.

Плавание и погружение: плотность и плавучесть

Будет ли объект плавать или тонуть, определяется сравнением его плотности с плотностью жидкости, в которой он находится.

  • Плавание: Если плотность объекта меньше плотности жидкости, то объект будет плавать.
  • Погружение: Если плотность объекта больше плотности жидкости, то объект будет тонуть.

Пример: будет ли он плавать?

Кусок пластика с плотностью 600 кг/м³ помещен в масло с плотностью 800 кг/м³. Будет ли пластик плавать?

Поскольку плотность пластика (600 кг/м³) меньше плотности масла (800 кг/м³), пластик будет плавать.

Плотность и принцип Архимеда

Принцип Архимеда не ограничивается только водой, но применяется к любой жидкости. Он позволяет предсказать способность объекта плавать на основе его плотности. Эта универсальная применимость делает его краеугольным камнем механики жидкостей.

В заключение

Плавучесть и принцип Архимеда являются необходимыми компонентами механики жидкостей, предоставляя основу для понимания того, почему и как объекты взаимодействуют с жидкостями. Овладев этими понятиями, можно получить представление о том, как объекты плавают, тонут и передвигаются в жидкостных системах. Эти знания используются во многих областях, включая инженерию, биологию, океанологию и даже аэрокосмическую отрасль.

Через расчеты, теоремы и примеры, Плавучесть и Принцип Архимеда раскрывают увлекательные взаимодействия между объектами и жидкостями, которые они содержат, и демонстрируют фундаментальные законы физики, управляющие повседневными явлениями.


Студент бакалавриата → 1.7.2


U
username
0%
завершено в Студент бакалавриата

← Предыдущий (1.7.1)
Давление и принцип Паскаля
Следующий (1.7.3) →
Динамика жидкостей и принцип Бернулли

Комментарии 



Плавучесть и принцип Архимеда

https://www.physicsflow.com/ug/1.7.2?pfal=ru