Чому суду плавають?
Відповісти на це питання можна, якщо розглянути фізичні сили, діючі на занурений в рідину твердий предмет. Неважко здогадатися, що цих сил буде всього лише дві:
- спрямована вгору сила Архімеда;
- діюча вниз сила тяжіння тіла.
Співвідношення цих сил дасть відповідь на питання даного пункту. З точки зору фізики, плавання судів обумовлено наявністю виштовхувальної до архімедового сили, яка перевищує зазначену силу тяжіння по модулю.
Формула для умови плавання
Розберемося, співвідношення яких фізичних величин визначає умову плавання суден. Вище ми встановили, що тіло не буде тонути, якщо сила Архімеда FA по модулю більше, ніж сила тяжіння Ft. Тоді маємо нерівність:
FA>Ft
Підставляємо сюди формули для FA і Ft, отримуємо:
ρl*g*Vl > ms*g =>
ms < ρl*Vl
Критичною ситуацією є така, при якій тіло повністю занурюється в рідину. При цьому надлишковий обсяг Vl буде точно дорівнює обсягу самого тіла Vs. Останнє дозволяє переписати отримане нерівність в наступному вигляді:
? s*Vs < ρl*Vl =>
? s < ρl
Це і є основна умова плавання суден. Тобто якщо середня щільність судна не перевищує щільності текучою субстанції, в якій воно знаходиться, то це судно ніколи не потоне.
Зазначимо, що у разі рівності густин положення тіла в рідині буде нестійким. Будь-якого незначного зовнішнього впливу буде досить, щоб потопити тіло або підняти його на поверхню.
