§50. Действие жидкости и газа на погруженное в них тело

Вопросы

1. Какие известные вам из жизни явления указывают на существование выталкивающей силы?

Ответ:

Всплытие пузырьков воздуха на поверхность, тяжелые вещи на воздухе, в воде становятся более легкими, так как погружены в более плотную среду. 

2. Как доказать, основываясь на законе Паскаля, существование выталкивающей силы, действующей на тело, погружённое в жидкость?

Ответ:

 Необходимо рассмотреть влияние сил воздействующих на тело в многослойной среде. (рис. 148). Итак, влияние сил действующих на боковые поверхности уравновешивают друг друга, согласно закону Паскаля. Однако влияние сил на верхнюю и нижнюю грани различны. Так верхнюю грань давит сверху с силой $F_{1}$ столб жидкости высотой $h_{1}$. А вот на нижнюю грань тела давление производит столб жидкости высотой уже $h_{2}$. Ведь такое давление передаётся внутри среды и во все стороны. А это значит, что на нижнюю грань тела действует сила $F_{2}$ , так как давит столб жидкости уже с высотой $h_{2}$. Но мы видим, что  $h_{2}$ больше $h_{1}$, а это значит, что и значение силы $F_{2}$ больше силы $F_{1}$. Отсюда и берется выталкивающая сила $F_{выт}$, которая равна разности сил $F_{2} - F_{1}$, т. е. $F_{выт} = F_{2} - F_{1}$

рис.148. Силы, действующие на погружённое в жидкость тело

3. Как показать на опыте, что на тело, находящееся в жидкости, действует выталкивающая сила?

Ответ:

Опыт.
Рассмотрим рисунок 149. Как мы видим, на нем некий груз, тело подвешено на пружине. При этом на воздухе мы ставим метку, до которой оттягивается пружина под действием веса груза. Если же это тело, груз поместить в емкость, то мы увидим, что растяжение пружины уменьшится. Это будет соизмеримом с тем, как действует сила, обратная силе, создающейся от веса груза. Именно в этом направлении действует сила 

рис. 149. Определение силы, выталкивающей тело из жидкости.

4. Как на опыте показать, что на тело, находящееся в газе, действует выталкивающая сила?

Ответ:

Опыт.
 Реализовать такой опыт весьма просто. Необходимо взять газ с большей плотностью и поместить в него газ с меньшей плотностью. Сделаем это так. На чашку весов подвесим колбу с воздухом и уравновесим чашки, Далее возьмем трубу, в которую опустим колбу с воздухом. Пока чашка весов уравновешена.
 Далее в трубу зальем углекислый газ. Он тяжелее воздуха, плотнее. В итоге увидим, как баланс весов сместился в сторону чашки, на которой установлена гиря. Рисунок 150. Этот факт будет подтверждением того, что для газов также действует выталкивающая сила. 

рис. 150. Обнаружение силы, выталкивающей тело из газа