В этой статье объясняется, что такое плавучесть. Вы узнаете о различных типах плавучести и о взаимосвязи между плавучестью и плотностью. Кроме того, вы сможете увидеть реальное применение этой научной концепции.
Что такое плавучесть?
Плавучесть – это способность тела плавать, то есть способность тела оставаться в равновесии внутри жидкости.
Чтобы объект плавал в жидкости, сила, возникающая в результате давления жидкости на тело, должна равняться силе веса тела.
Иногда при погружении предмета в воду (или любую другую жидкость) предмет понемногу приподнимается, пока не всплывает на поверхность. Это связано с тем, что сила, действующая на нижнюю часть тела, больше, чем сила веса тела плюс давление, оказываемое на верхнюю часть. В этом случае тело будет подниматься до тех пор, пока силы сверху и силы снизу не сравняются.
Следовательно, причиной плавучести тела является не плотность, а баланс сил между восходящим вертикальным давлением, приложенным к его дну, и силой его веса. Однако плотность тела может быть связана с его способностью плавать, что более подробно объясняется ниже.
Плавучесть и принцип Архимеда
Принцип Архимеда гласит, что тело, полностью или частично погруженное в жидкость, воспринимает направленную вверх вертикальную силу, эквивалентную весу жидкости, вытесненной при попадании этого тела в жидкость.
Следовательно, выталкивающая сила , которую жидкость оказывает на тело, равна весу жидкости, которую она вытеснила при введении.
Следовательно, согласно принципу Архимеда, чтобы тело плавало, оно должно вытеснить такое количество жидкости, вес которого эквивалентен весу самого тела.
виды плавучести
В рамках понятия плавучести мы различаем три типа плавучести в зависимости от их движения.
- Положительная плавучесть : тело имеет тенденцию подниматься в жидкости, поэтому давление, оказываемое жидкостью, превышает силу веса тела.
- Отрицательная плавучесть : тело стремится опуститься в жидкость, то есть тело тонет. Это означает, что сила веса больше силы плавучести.
- Нейтральная плавучесть: тело находится в равновесии внутри жидкости, то есть тело остается подвешенным внутри жидкости. В этом случае положительная вертикальная сила, приложенная жидкостью к телу, эквивалентна его весу.
Связь между плавучестью и плотностью
Рассматривая определение плавучести, в этом разделе мы увидим, как связаны плотность и плавучесть.
Плавучесть тела в жидкости связана с плотностью тела и плотностью жидкости. Если плотность тела меньше плотности жидкости, то тело будет плавать на жидкости, однако если плотность тела больше плотности жидкости, тело не будет плавать и утонет.
Например, вода имеет плотность около 1000 кг/ м3 , поэтому, если плотность тела превышает 1000 кг/ м3 , оно утонет в воде. С другой стороны, если плотность тела меньше 1000 кг/ м3 , тело будет плавать.
Необходимо подчеркнуть разницу между массой и плотностью тела, поскольку не масса определяет плавучесть предмета, а плотность. Возможно, объект весит много, но имеет очень большой объем, из-за чего его плотность будет низкой и, следовательно, он будет плавать.
приложения плавучести
Наконец, чтобы полностью понять значение плавучести, давайте посмотрим, как она используется в реальном мире.
Логично, что плавучесть является очень важным понятием в технике, особенно при проектировании подводных сооружений или судов, таких как корабли или подводные лодки.
Но плавучесть применима не только к жидкостям: предмет может плавать и в газе. При проектировании воздушных шаров или летательных аппаратов важно изучать плавучесть.
Точно так же, чтобы научиться нырять, необходимо иметь хотя бы некоторые знания о плавучести.