Вопрос: Можно ли объяснить ПРИЧИНУ действия Закона Архимеда?
Ответ:
Действие Закона Архимеда полностью объясняется третьим Законом Ньютона, который, разумеется, справедлив не только для твёрдых тел, но и для всей материи, в том числе - жидкости и газа.
Рассмотрим самый простой и распространённый случай - твёрдое тело и вода.
Пусть тело массой m кубической формы погружено в воду вплоть до верхней грани, которая расположена точно на уровне воды, и плавает в ней.
Согласно 3-му Закону Ньютона на тело (на нижнюю грань) снизу-вверх противодействует выталкивающая сила - в данном случае, очевидно, равная весу тела. А поскольку тело плавает, то его вес точно равен весу вытолкнутой им объёма воды.
Дальше все расчёты можно провести как и делается в Википедии или Справочниках по Физике.
Завершу такой расчёт для нашего случая.
Пусть вес тела p=mg. Так как оно кубической формы, то его вес = ro*h^3, где ro -
плотность вещества куба, а h - длина ребра куба. Это и длина ребра куба вытесненной воды.
Все боковые силы, действующие на тело со стороны воды, уравновешены.
Действует лишь сила тяжести на воду и противодействующая сила воды снизу-вверх, равная весу самого тела - и тоже уравновешены, т.к. тело свободно плавает.
Остальные случаи включают и вес той воды, которая над поверхностью тела и дополнительно своим весом давит на тело сверху вниз, или, если тело не полностью погружено в воду, то учитывается только вес той части тела, которая погружена в воду.
Так как тело кубической формы, то расчёт сводится к учёту разности высот h1-h
столба воды от нижней грани тела до поверхности воды и самого тела.
Более сложные случаи рассчитываются более сложными формулами с применением соответствующих интегралов.
Очевидно само давление воды (и газа) во все стороны также объясняется третьим Законом Ньютона, применительно к весу соответствующих частей воды и её подвижностью.
Сл-но, легко можно рассчитать давление воды на любом уровне её глубины вплоть до самого дна.
Также очевидно, что Закон Архимеда неприменим в случае невесомости, например, на борту МКС.
Он действует и на любом другом космическом теле - с учётом силы тамошнего притяжения (веса) погруженного в воду (любую жидкость или газ) тела со стороны планеты, спутника, и т.д.
|