Закон Архімеда

Наслідком різних величин гідростатичного тиску на різних глибинах є наявність виштовхувальної сили, яка діє на тіла, що перебувають в рідині або газі. Цю силу називають силою Архімеда. Розглянемо більш детально фізичну природу виникнення виштовхувальної сили і визначимо її величину та напрямок.

Виділимо в рідині довільний об'єм, який обмежений замкненою поверхнею S (рис.8.4). За умови механічної рівноваги рідини повинен перебувати в рівновазі і виділений об'єм. Отже, має дорівнювати нулеві рівнодійна і момент всіх зовнішніх сил, що діють на розглядуваний об’єм рідини. Зовнішні сили – це сила важіння виділеного об'єму рідини і тиск на поверхню з боку навколишньої рідини. Таким чином, рівнодійна сил гідростатичного тиску, які діють на поверхню , має дорівнювати вазі рідини в об'ємі, обмеженому поверхнею . Ця рівнодійна повинна спрямовуватися догори і проходити через центр мас А виділеного об'єму рідини. При цьому, повний момент зовнішніх сил, які діють на нього, має дорівнювати нулеві.

Уявимо, що рідина з виділеного об'єму видалена, і її місце зайняте твердим тілом підходящої форми. Якщо після цього тіло буде перебувати в механічній рівновазі, то це означає, що після зробленої заміни в навколишній рідині ніяких змін не відбудеться (у порівнянні з випадком, коли на місці твердого тіла перебувала рідина). Відповідно, не зміниться і гідростатичний тиск рідини на поверхню S. В результаті отримаємо закон Архімеда: якщо тіло, занурене в рідину, перебуває в механічній рівновазі, то з боку навколишньої рідини воно зазнає виштовхувальної сили гідростатичного тиску, яка чисельно дорівнює вазі рідини в об'ємі, що витіснений тілом:

,

де - виштовхувальна сила, - об'єм витісненої тілом рідини (газу), - густина рідини (газу), - прискорення вільного падіння. Виштовхувальна сила спрямована догори і проходить через центр мас рідини (газу), яка витіснена тілом.