может в ближайшее время заменить устаревший платиново-иридиевый... »»»
получены изображения высокого разрешения Солнца с космической обсерватории Solar Dynamics Observatory... »»»
биография Альберта Эйнштейна - величайшего физика создавшего "Общую теорию относительности"... »»»
история создания, развития и будущее популярного оптического прибора... »»»
Хорошо известно, что определенные твердые вещества, например пробка и дерево, плавают в воде, в то время как другие, такие, как стекло, камень и металлы, тонут. Какие же свойства твердого тела и жидкости определяют, утонет тело или нет? Решающим фактором является соотношение плотности твердого тела и плотности жидкости. Если плотность твердого тела больше плотности жидкости, то его масса более плотно упакована в данный объем. Поэтому вес жидкости, которую он вытесняет, меньше его веса, и, таким образом, выталкивающая сила также меньше, чем вес твердого тела. Таким образом, присутствует направленная вниз результирующая сила (W - U) = (вес - выталкивающая сила), которая действует на твердое тело, и оно тонет.
Ускорение твердого тела при погружении в воду будет меньше ускорения свободного падения. Вместе с тем сопротивление воды движению твердого тела мало, и поэтому оно ускоряется достаточно быстро.
Если стальной шарик брошен в вязкую жидкость, такую, как глицерин, то все происходит совсем иначе. Когда шарик брошен в эту жидкость, он ускоряется; сила внутреннего трения (вязкость) F глицерина, действующая на шарик, увеличивается со скоростью шарика до тех пор, пока эта и выталкивающая силы в сумме не станут равны его весу. Когда силы уравновесятся, шарик продолжит движение с постоянной скоростью, известной под названием предельной скорости падения.
Предельная скорость падения при соответствующих условиях может быть достигнута. Например, дождевые капли, падающие с большой высоты, достигают своей предельной скорости падения, когда выталкивающая сила и сила сопротивления воздуха составят в сумме значение, равное весу капли.
Когда плотность твердого тела меньше плотности жидкости, то эта жидкость всегда может создать выталкивающую силу, равную весу тела. Представьте пробку, плавающую сначала в воде, а затем в метиловом спирте (рис. 3.17). Пробка приходит в состояние равновесия в обеих жидкостях, но в метиловом спирте она погружается глубже, чем в воде. Плотность метилового спирта меньше плотности воды, и поскольку выталкивающая сила — это вес жидкости, вытесненной пробкой, то должен быть вытеснен больший объем менее плотного метилового спирта для того, чтобы возникла выталкивающая сила, равная весу пробки. Поэтому пробка в метиловом спирте и погружается глубже.
Не только менее плотные твердые тела могут плавать в жидкостях, но и менее плотные жидкости могут плавать в более плотных жидкостях, пока эти две жидкости не смешаются. Примерами являются вода, плавающая в ртути, керосин, плавающий в воде, уксус, плавающий в масле.
Объекты, сделанные из плотных материалов, тоже могут плавать: например, корабли, сделанные из стали, плавают по воде, хотя плотность стали значительно больше плотности воды. Это возможно, потому что средняя плотность всего корабля меньше плотности воды. Поскольку средняя плотность — это масса корабля, деленная на его объем, включающий в себя пространства, наполненные воздухом, то корабль будет плавать, если воздушные пространства достаточно велики. Интересно заметить, что плотность морской соленой воды больше, чем плотность обыкновенной пресной воды, и поэтому корабль с определенным весом плавает выше в воде, находясь в море, чем в реках, наполненных пресной водой. Более того, теплая морская вода менее плотная, чем холодная морская вода, и поэтому корабль погружается глубже в более теплых водах. При загрузке корабля следует принимать во внимание климат морей, по которым он пройдет Различные уровни или линии, обозначенные на борту корабля, показывают безопасные уровни погружения для этих различных плотностей воды.