Prawo Archimedesa:

Na ciało zanurzone w płynie (cieczy, gazie lub plazmie) działa pionowa, skierowana ku górze siła wyporu. Wartość siły jest równa ciężarowi wypartego płynu. Siła ta jest wypadkową wszystkich sił parcia płynu na ciało.

Mówiąc inaczej, gdybyśmy dokładnie takie samo ciało "wyrzeźbili" z wody (ale nie z lodu, bo lód jest lżejszy niż woda!), to ciężar tej "rzeźby" dałby nam wartość siły wyporu w wodzie. Oczywiście nie musimy dokładnie rzeźbić ciała - wystarczy, że po prostu weźmiemy tylko tę ilość "materiału" na naszą rzeźbę - czyli wodę mającą tyle samo objętości co ciało.


Wzór na siłę wyporu:

Siłę wyporu da się zapisać wzorem:

Fwyporu = ρpłynu gVzanurzona

ρpłynu - gęstość płynu (cieczy, gazu) w którym zanurzone jest ciało - [w układzie SI w kg/m3]

Vzanurzona – objętość tej części ciała, która

jest zanurzona w płynie (w układzie SI w m3)

g – przyspieszenie ziemskie [w układzie SI w m/s2]

Przykłady sił wyporu:

W cieczy:

statki pływające po powierzchni – siła wyporu równoważy siłę ciężkości

łod

zie podwodne – statki te mają m

ożliwość manewrowania siłą wyporu i siłą ciężkości, dzięki czemu są w stanie zanurzać się i wynurzać.

ryby stosują zasady takie jak łodzie podwodne

bąbelki pary unoszące się do góry podczas wrzenia są znacznie lżejsz

e od wody, więc wypływają na powierzchnię

lód jest lżejszy od wody, więc unosi się na jej powierzchni

komienie leżące na dnie morza też podlegają działaniu siły wyporu. Jednak ich ciężar jest duży, więc ostatecznie przeważa i powoduje, że kamiene nie wypływają.

Większość obiektów swobodnie pływających w wodzie ma ciężar właściwy zbliżony do ciężaru wody. Dzięki temu mogą

one łatwo manewrować swoją pływalnością - wynurzać się lub zanurzać głębiej.

W gazie:

balony, sterowce – manewrując ciężarem (balast) lub wartością siły wyporu (wypuszczanie gazu nośnego, lub zmiana jego ciężaru właściwego za pomocą podgrzewania)
bańki mydlane zawierające ogrzane powietrze z płuc początkowo unoszą się do góry (chyba, że otaczająca je powłoka z myd ła jest zbyt ciężka).
ogrzana para wodna jest lekka, więc wznosi się do góry tworząc chmury. Po oziębieniu skrapla się i nabiera ciężaru (w sensie ciężaru właściwego), co powoduje, że ostatecznie spada w postaci deszczu.
Balony potwierdzeniem dla tezy Archimedesa :

Balony unoszą się w powietrzu ponieważ siła wyporu na

nie działająca może być większa niż siła ciężkości.

Jeśli chcemy aby balon się wznosił, musimy zwiększyć siłę w

yporu (np. podgrzewając gaz w balonie), albo zmniejszyć siłę ciężkości (np. wyrzucając balast). Niestety, nie można balonem wznieść się dowolnie wysoko, ponieważ w gór

nych partiach atmosfery powietrze jest tak rzadkie (a więc i lekkie), że wyprodukowanie gazu od niego lżejszego staje się prawie niemożliwe (przynajmniej w tych warunkach w jakich ma funkcjonować ten gaz w powłoce balonu).

Opuszczenie balonu wymagać będzie z kolei oziębienia gaz

u w balonie, lub wypuszczenia części tego gazu.

Jeśli balon ma utrzymywać się na stałej wysokości należy utrzymywać wartość siły wyporu na tym samym poziomie co siła ciężkości.

Używa się dwa podstawowe typy balonów:

zawierające gaz na stałe lżejszy od powietrza, czyli wodór lub hel

zawierające powietrze, które jest ogrzewane za pomocą palnika. Dzięki temu ogrzewaniu powietrze rozszerza się i staje się lżejsze. Je

śli sumaryczny ciężar powłoki balonu, gazu w tej powłoce oraz ładunku będzie mniejszy od uzyskanej tak siły wyporu, wtedy balon wzniesie się w powietrze.

Pierwsza metoda tworzenia balonów latających ma tę zaletę, że nie wymaga energii do tego, aby balon pozostawał w górze. Drugi sposób z kolei daje większą kontrolę nad wznoszeniem się i opuszczaniem.

Najlżejszym gazem używanym w balonach jest wodór. Ma on jednak jedną ogromna wadę - bardzo łatwo go zapalić (wodór jest wręcz wybuchowy). Dlatego znacznie bezpieczniejszym gazem używanym do wypełniania powłoki balonu jest hel. Jest on całko

wicie niepalny, jednak jest cięższy i dlatego trzeba znacznie użyć większego balonu helowego niż wodorowego, aby unieść ten sam ładunek.



Brak komentarzy:

Prześlij komentarz