|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Архимеда закон |
 | |
Анимация
Описание
Закон Архимеда - закон статики жидкостей и газов, согласно которому на всякое тело, погруженное в жидкость (или газ), со стороны этой жидкости (или газа) действует выталкивающая сила, направленная по вертикали вверх и приложенная к центру тяжести вытесненного объема. Выталкивающую силу называют Архимедовой или гидростатической подъемной силой. Структурная схема эффекта представлена на рис.1.
Структурная схема физического эффекта Архимеда
Рис. 1
Давление, действующее на погруженное в жидкость тело, повышается в зависимости от увеличения глубины погружения. Поэтому давление жидкости на нижние элементы поверхности тела больше, чем на верхние. В результате сложения всех сил, действующих на каждый элемент поверхности, получается равнодействующая FA, направленная по вертикали вверх (рис. 2).
Схема эффекта Архимеда
Рис. 2
Если же тело плотно лежит на дне, то давление жидкости только сильнее прижимает его ко дну. Если сила тяжести тела меньше выталкивающей силы, то тело всплывает на поверхность жидкости до тех пор, пока сила тяжести вытесненной погруженной частью тела жидкости не станет равной силе тяжести тела. Если сила тяжести тела G больше выталкивающей силы, то тело тонет; если же сила тяжести тела равна ей, тело плавает внутри жидкости.
Линия действия силы тяжести тела G проходит через центр тяжести K (центр водоизмещения) вытесненного объема жидкости. В нормальном положении плавающего тела центр тяжести тела Т и центр водоизмещения K размещены по одной вертикали, называемой осью плаванья (рис. 3).
Схема плавающего тела
Рис. 3
При качке центр водоизмещения К перемещается в точку К1 (рис. 4), и сила тяжести тела и Архимедова сила FА образуют пару сил, которая стремится либо вернуть тело в исходное положение, либо увеличить крен.
Крен плавающего тела
Рис. 4
В первом случае плавающее тело обладает статической устойчивостью, во втором случае устойчивость отсутствует. Устойчивость тела зависит от взаимного расположения центра тяжести тела Т и метацентра М (точки пересечения линии действия архимедовой силы при крене с осью плавания).
Зависимость результата от воздействия имеет следующий вид:
FA=V1rg,
где FА - подъемная (выталкивающая) сила;
V1 - объем вытесненной телом жидкости;
r - плотность жидкости;
g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения.
Выталкивающая сила действует на тела любых геометрических форм. В технике наиболее распространены - тела цилиндрической и сферической форм, тела с развитой поверхностью, полые тела в форме шара, прямоугольного параллелепипеда, цилиндра.
Гравитационная сила приложена к центру масс погруженного в жидкость тела и направлена перпендикулярно к поверхности жидкости.
Подъемная сила действует на тело со стороны жидкости, направлена по вертикали вверх, приложена к центру тяжести вытесненного объема жидкости. Тело движется в направлении, перпендикулярном к поверхности жидкости.
Плотность некоторых материалов приведена в таблице 1.
|
Таблица 1 |
|
|
Плотность материалов |
|
|
Материал |
Плотность, кг/дм3 |
|
Дерево (дуб) |
0,6-0,9 |
|
Пробка |
0,22-0,26 |
|
Каучук: Чистый Технический Мягкий вулканизированный с 20% cеры |
0,906 0,911
1,00 |
|
Вода |
1,00 |
|
Алюминий: Твердый Жидкий |
2,7 2,382 |
|
Сталь: Катаная Литая |
7,85-8,0 7,5-7,92 |
|
Латунь |
8,4 - 8,7 |
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Для измерения уровня жидкости применяют реостатный датчик (реостатный уровнемер). Действие такого датчика (рис. 6) основано на преобразовании линейного перемещения троса в изменение омического сопротивления реостата.
Реостатный датчик
Рис. 6
Поплавок 8, воспринимающий измеряемый уровень через трос 7, передает шкиву 6 момент, вызывающий поворот вала 3. Этот поворот передается движку 2, который скользит по поверхности реостатного преобразователя 1, в результате чего сопротивление реостата изменяется. Реостат включается в цепь измерительного прибора. Пружина 4 является возвратной; стопорный кулачок 5 предохраняет движок реостата от поворота. Груз 9 осуществляет натяг троса; его масса в несколько раз больше массы поплавка, и масса последнего формально отнесена к массе груза. Груз жестко связан с поплавком.
Закон Архимеда используется в воздухоплавании, судоходстве, приборостроении, технологических процессах и других отраслях.
Реализации эффекта
На законе Архимеда основан принцип действия приборов для измерения плотности жидкости - ареометров постоянной массы (денситометров), шкалы которых проградуированы в единицах плотности (рис. 5).
Ареометр
Рис. 5
Литература
1. Кухлинг Х. Справочник по физике: Пер. с нем. / Под ред. Е.М. Лейкина.- М.: Мир, 1982.- 520 с.
2. Физический энциклопедический словарь / Под ред. А.М. Прохорова.- М.: Советская энциклопедия, 1983.- 928 с.
3. Агейкин Д.И., Костина Е.М., Кузнецова Н.Н. Датчики контроля и регулирования.- М.: Машиностроение, 1965.- 928 с.
4. Физический энциклопедический словарь / Под ред. А.М. Прохорова.- М.: Советская энциклопедия, 1983.- 928 с.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |