Закон Архимеда

Рассмотрим полностью погруженное в жидкость твердое тело, объем которого W_т, а форма такова, что любая прямая пересекает поверхность этого тела только в двух точках (рис. 3.17). Для определения силы Р давления жидкости на тело воспользуемся результатами предыдущего пункта.

Горизонтальные составляющие силы Р_х и Р_у взаимно уравновешиваются. Вертикальная составляющая силы давления Р_z равна весу жидкости в объеме тела.

Действительно, в данном случае имеем два тела давления: ABMNAEF, соответствующее давлению на верхнюю часть тела, и
AKMFE, соответствующее давлению на нижнюю часть тела. Объем первого тела давления равен W ₁, объем второго тела давления W ₂, причем W ₂ = W ₁ + W_т.

Вертикальная составляющая , равна весу жидкости в объеме W ₁, то есть rgW ₁, и направлена по вертикали вниз. Вертикальная составляющая , равна весу жидкости в объеме W ₂, то есть rgW ₂, и направлена по вертикали вверх.

Равнодействующая сила давления равна разности указанных составляющих:

или

Силу P_z называют архимедовой силой.

Так как Р_х = Р_у = 0, то Р = Р_z.

Сила давления покоящейся жидкости на погруженное в нее тело – архимедова сила – равна весу жидкости rgW в объеме, вытесненном телом, направлена по вертикали вверх и приложена в центре тяжести этого объема. Это и есть закон Архимеда.

3. СЛОВАРЬ ПОНЯТИЙ

Гидростатика – раздел гидромеханики, изучающий равновесие
жидкости.

Абсолютное равновесие жидкости – равновесие, при котором на жидкость из массовых сил действует только сила тяжести.

Относительное равновесие жидкости – равновесие, при котором на жидкость кроме сил тяжести действуют инерционные силы.

Поверхностью равного давления называется поверхность, давление во всех точках которой одинаково.

Гидравлический пресс – это машина, которая используется для получения больших усилий при прессовании, штамповке, испытании материалов и т.п.

Тело давления – это объемная фигура, ограниченная снизу цилиндрической поверхностью, по бокам вертикальными плоскостями, проходящими через крайние точки цилиндрической поверхности, и сверху горизонтальной плоскостью, совпадающей с пьезометрической.

Архимедова сила – сила давления покоящейся жидкости на погруженное в нее тело.

Избыточным давлением называется разность между абсолютным и атмосферным давлениями.

4. МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ

4.1. Материалы к лекции

Возможен следующий план лекции:

1.Дифференциальное уравнение равновесия жидкости (уравнение Эйлера).

2.Поверхности равного давления.

3.Основное уравнение гидростатики.

4.Геометрическая интерпретация основного уравнения гидростатики.

5.Закон Паскаля и его практическое приложение. Графическое изображение давления.

6.Абсолютное и манометрическое давление. Вакуум. Приборы для измерения давления.

7.Давление жидкости на плоские стенки.

8.Давление жидкости на цилиндрические стенки.

9.Закон Архимеда.

4.2. Задание к лабораторному занятию

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

«ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ
С ПОМОЩЬЮ РТУТНОГО ДИФМАНОМЕТРА»

Цель работы:

1. Ознакомиться с приборами для измерения давления.

2. Освоить методики измерения избыточного давления (манометрического, вакуумметрического) с помощью дифференциального ртутного манометра.