Закон Архимеда — это физический закон, сформулированный древнегреческим ученым Архимедом около 250 года до нашей эры. Согласно этому закону, на тело, погруженное в жидкость (или газ), действует подъемная сила, равная весу вытесненной жидкости (газа). Эту тему проходят в 7 классе, но она не оставляет ученика на протяжении всей школьной и даже университетской учебы. Так что лучше изучить ее сейчас, чтобы больше не возвращаться к ней и строить дальнейшие познания на надежном фундаменте.
Основные положения
Итак, в чем заключается закон Архимеда:
- Подъемная сила: Любое тело, погруженное в жидкость, испытывает силу, направленную вверх, которая называется подъемной силой. Величина этой силы равна весу жидкости (или газа), вытесненной этим телом.
- Зависимость от объема: Подъемная сила зависит от объема тела, погруженного в жидкость. Чем больше объем тела и, соответственно, вытесненной жидкости, тем больше подъемная сила.
- Условия применимости: Закон Архимеда справедлив для любых тел, независимо от их формы или материала. Он работает как для твердых тел, так и для плавающих и погруженных в жидкость.
Как Архимед открыл закон?
История открытия закона Архимеда связана с легендой, которая описывает, как Архимед пришел к своему открытию в древнем Греции в III веке до нашей эры. Согласно этой легенде, король Гиерон II Сиракузский поручил Архимеду проверить, изготовлена ли его корона из чистого золотого металла или же в ней использовано некоторое количество серебра.
Архимед понимал, что плотность золота и серебра различается, и решил проверить это, используя принцип плавучести. Он задумался о том, как можно определить, содержит ли корона серебро, не повреждая её. Во время прогулки в ванной он заметил, как вода выталкивает из неё воду. Это навело его на мысль: можно определить, содержит ли корона серебро, если её вес в воздухе будет известен и сравнится с её весом в воде.
По легенде, Архимед испытал такой восторг от своего открытия, что выбежал из ванны, крича «Eureka!» («Я нашел!») и тут же бросился в разгадывание задачи, связанной с короной. Он доказал, что тело, погруженное в жидкость, испытывает силу, направленную вверх, равную весу вытесненной жидкости, что и составляет основу закона Архимеда.
Таким образом, хотя легендарный акт с «Eureka!» может быть апокрифическим, его вклад в развитие науки и физики, особенно в области гидростатики и механики жидкостей, остается неоспоримым. Вот как был открыт закон Архимеда!
Примеры
Примеры применения закона Архимеда включают объяснение плавучести кораблей, работы подводных лодок, плавательных жилетов и других плавательных приспособлений. Этот закон имеет фундаментальное значение в физике и инженерии, а его открытие Архимедом считается одним из важнейших достижений в области механики жидкостей.
В лабораторной практике закон Архимеда может быть использован для измерения плотности жидкостей или твердых тел, определения объема тела, а также для исследования плавучести и погружения материалов. Вот несколько конкретных примеров применения этого закона:
- Измерение плотности жидкости. Для определения плотности жидкости можно использовать закон Архимеда. При этом в лаборатории взвешивают тело в воздухе и в погруженном состоянии в жидкости. Разница между двумя измерениями массы тела позволяет вычислить вес вытесненной жидкости и, следовательно, её плотность.
- Определение объема твердых тел. Для некоторых нерегулярно формированных твердых тел сложно точно измерить объем с помощью линейных размеров. Закон Архимеда позволяет определить объем твердого тела, помещая его в известную жидкость и измеряя объем вытесненной жидкости.
- Исследование плавучести и погружения. Закон Архимеда используется для изучения условий плавучести тел различной формы и плотности. Это помогает инженерам и ученым разрабатывать плавательные устройства, такие как подводные лодки, плоты и суда, учитывая подъемную силу и вес вытесненной жидкости.
- Калибровка гидростатических весов. Гидростатические весы используются для измерения объема и плотности тел. Принцип работы этих весов основан на законе Архимеда: тело весит меньше в воде из-за подъемной силы, и этот вес можно использовать для расчета его объема и плотности.