PRAWO ARCHIMEDESA
Dlaczego jedne rzeczy toną, a inne pływają?
Pojedynek dwóch sił
Kiedy wrzucasz do wody kamień – tonie. Kiedy wrzucasz korek lub piłkę – wypływają na powierzchnię. O tym, co się stanie, decyduje prosty „pojedynek" dwóch sił: ciężkości i wyporu.
Na każde ciało zanurzone w cieczy działają dwie przeciwne siły:
• siła ciężkości Fg – działa w dół (ciągnie ciało w stronę Ziemi)
• siła wyporu Fw – działa w górę (wypycha ciało z cieczy)
„Na każde ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu skierowana pionowo w górę, równa co do wartości ciężarowi cieczy wypartej przez to ciało."
Aby policzyć siłę wyporu, wystarczy policzyć jaki ciężar miałaby ciecz o objętości równej objętości zanurzonej części ciała.
Wzór na siłę wyporu
Trzy możliwe sytuacje w wodzie
Ciężar większy → ciało opada
Siły się równoważą
Wypór większy → ciało idzie w górę
Dlatego statek zrobiony z ciężkiej stali może pływać – kształt kadłuba sprawia, że wypiera ogromną objętość wody, a siła wyporu równoważy ciężar całego statku.
📝 Zadania treningowe
• jeśli Fg > Fw → ciało tonie
• jeśli Fg = Fw → ciało pływa
• jeśli Fg < Fw → ciało wypływa
Odpowiedź: C
$$ F_w = \rho_c \cdot g \cdot V_z = 1000 \cdot 10 \cdot 0{,}01 = 100\,\text{N} $$
Odpowiedź: 100 N
Woda morska ma większą gęstość niż słodka, więc siła wyporu jest większa. Dlatego łatwiej unosić się w morzu!
Odpowiedź: B
Siły mają tę samą wartość, ale przeciwny kierunek – równoważą się. Siła wypadkowa = 0, więc klocek utrzymuje się na stałym poziomie.
Odpowiedź: B
$$ F_w = \rho_c \cdot g \cdot V_z = 1030 \cdot 10 \cdot 5 = 51\,500\,\text{N} $$
Odpowiedź: 51 500 N