Силы, действующие на твердое тело, погруженное в жидкость

погруженное в жидкость

На законах статики твердого тела, погруженного в жидкость, базируется теория плавания. Для установления этих законов необходимо определить силы, действующие на твердое тело, погруженное в жидкость.

Рассмотрим некоторый цилиндр С площадью основания S и высотой H, погруженный в жидкость (рис. 5.1).

Определим силы, действующие на основания тела:

на верхнее основание

P1= poS = (po + rgh1)S;

на нижнее основание

P2= p2S = (po + rgh2)S.

Рис. 5.1. Силы, действующие на твердое тело, погруженное в жидкость

Так как h2 > h1,  то  P2 > P1.

Разность сил

Pп= P2- P1=rgS(h2-h1)=rgSH=rgV, (5.1)

где r– плотность жидкости; V = S(h2 - h1) = SH – объем тела, называемыйподъемнойили выталкивающей силой. Эта сила всегда направлена вверх.

Таким образом, подъемная сила, действующая на тело со стороны жидкости, равна силе тяжести жидкости, вытесненной телом. Это – закон Архимеда.

Согласно закону Архимеда из формулы (5.1) следует важный вывод: подъемная сила не зависит от глубины погружения тела в жидкость.

Точка D приложения подъемной силы расположена в центре тяжести вытесненного объема жидкости, называемом центром водоизмещения. Этот центр совпадает с центром тяжести тела (центром массы) только в том случае, когда тело однородно.