Шта је плутајућа сила? Порекло, принципи, формуле

Пловидба је сила која омогућује да чамци и плажне кугле плутају по води. Термин сила потиска се односи на силу усмерену нагоре коју течност (или течност или гас) делује на објекат који је делимично или у потпуности уроњен у течност. Плава сила такође објашњава зашто ствари лакше подводимо под водом него на копну.

Кључни одводи: плутајућа сила

Према римском архитекту Витрувију, грчком математичару и филозофу Архимед први пут открио пловност у 3. веку ПРЕ НОВЕ ЕРЕ. док се збунио над проблемом који му је поставио сиракушки краљ Хиеро ИИ. Краљ Хијеро је сумњао да његова златна круна, направљена у облику вена, у ствари није израђена од чистог злата, већ од смеше злата и сребра.

Наводно, док се купао, Архимед је приметио да што више тоне у каду, више воде из ње тече. Схватио је да је то одговор на његово невоље и појурио је кући док је плакао „Еурека!“ ("Нашао сам га!") Затим је направио два предмети - једно злато и једно сребро - били су исте тежине као круна и сваки их је бацао у посуду напуњену до обода вода.

Архимед је приметио да је сребрна маса изазивала више воде из посуде него златну. Затим је приметио да његова "златна" круна изазива више воде из посуде него предмет од чистог злата који је створио, иако су две круне биле једнаке тежине. Тако је Архимед показао да његова круна заиста садржи сребро.

Иако ова прича илуструје принцип пловности, можда је легенда. Архимед никада није сам записао причу. Штавише, у пракси, када би се малени износ сребра заиста заменио за злато, количина премештене воде била би премала да би се поуздано измерила.

Пре открића пловности веровало се да облик предмета одређује да ли ће или не пловити.

Узгојна сила настаје због разлика у хидростатички притисак - притисак вршен од а статичка течност. Кугла постављена више у течност искусиће мањи притисак од исте куглице постављене даље доле. То је зато што има више течности, а самим тим и веће тежине, делује на лоптицу када је дубље у течности.

Дакле, притисак на врху објекта је слабији од притиска на дну. Притисак се може претворити у силу помоћу формуле Форце = Притисак к Површина. Постоји мрежа сила усмерен према горе. Ова нето сила - која показује према горе без обзира на облик предмета - јесте сила узгона.

Хидростатски притисак је дат П = ргх, где је р густина течности, г је убрзање захваљујући гравитацији, а х је дубина унутар течности. Хидростатски притисак не зависи од облика течности.

Тхе Архимедов принцип каже да је узгојна сила која делује на предмет који је делимично или у потпуности потопљен у флуиду једнак тежини течности која је измештена предметом.

То се изражава формулом Ф = ргВ, где је р густина течности, г је убрзање захваљујући гравитацији, а В волумен течности који је померен са објекта. В је једнак запремини објекта само ако је потпуно потопљен.

Налетна сила је сила која је супротстављена сила гравитације према доле. Јачина пловне силе одређује да ли ће неки предмет потонути, плутати или се уздизати када је потопљен у течност.

• Објекат ће потонути ако је гравитациона сила која делује на њега већа од пловне силе.
• Објект ће плутати ако гравитациона сила која делује на њега једнака је узгојној сили.
• Објекат ће се повећати ако гравитациона сила која делује на њега мања је од пловачке силе.

Из формуле се такође може извући неколико других запажања.

• Потопљени предмети који имају једнаку запремину избациће исту количину течности и искусити исту величину пловне силе, чак и ако су предмети направљени од различитих материјала. Међутим, ови ће се предмети разликовати по тежини и плутати, дизати се или тоне.
• Ваздух, који има густину отприлике 800 пута нижу од воде, искусиће много мању пловну силу од воде.

Коцка запремине 2.0 цм³ је потопљен на пола пута у воду. Која је плутајућа сила коју доживљава коцка?

• Знамо да је Ф = ргВ.
• р = густина воде = 1000 кг / м³
• г = гравитационо убрзање = 9,8 м / с²
• В = половина запремине коцке = 1,0 цм³ = 1.0*10^-6 м³
• Дакле, Ф = 1000 кг / м³ * (9.8 м / с²) * 10^-6 м³ = .0098 (кг * м) / с² = .0098 Њута.

Коцка запремине 2.0 цм³ је потпуно потопљен у воду. Која је плутајућа сила коју доживљава коцка?

• Знамо да је Ф = ргВ.
• р = густина воде = 1000 кг / м3
• г = гравитационо убрзање = 9,8 м / с²
• В = запремина коцке = 2,0 цм³ = 2.0*10^-6 м3
• Дакле, Ф = 1000 кг / м³ * (9.8 м / с²) * 2,0 * 10-6 м³ = .0196 (кг * м) / с² = .0196 Њутони.

• Биелло, Давид. „Чињеница или фикција?: Архимед је у купељи сковао термин„ Еурека! “ Сциентифиц Америцан, 2006, https://www.scientificamerican.com/article/fact-or-fiction-archimede/.
• „Густина, температура и сланост.“ Универзитет на Хавајима, https://manoa.hawaii.edu/exploringourfluidearth/physical/density-effects/density-temperature-and-salinity.
• Роррес, Цхрис. "Златна круна: увод." Државни универзитет у Њујорку, https://www.math.nyu.edu/~crorres/Archimedes/Crown/CrownIntro.html.