Гідростатичний тиск і закон Архімеда
Поставимо наступний простий досвід. Візьмемо тіло правильної геометричної форми, наприклад, куб. Нехай довжина сторони куба дорівнює a. Зануримо цей куб у воду так, що його верхня грань виявиться на глибині h. Який тиск чинить вода на куб?
Щоб відповісти на поставлене вище питання, необхідно розглянути величину гідростатичного тиску, що діє на кожну грань фігури. Очевидно, що сумарне тиск, що діє на всі бічні грані, буде дорівнює нулю (тиск на ліву грань буде компенсуватися тиском на праву). Гідростатичний тиск на верхню грань буде дорівнює:
P1 = ρl*g*h.
Це тиск спрямоване вниз. Відповідна йому сила дорівнює:
F1 = P1*S = ρl*g*h*S.
Де S – площа квадратної межі.
Сила, пов’язана з гідростатичним тиском, що діє на нижню грань куба, буде дорівнює:
F2 = ρl*g*(h+a)*S.
Сила F2 спрямована вгору. Тоді результуюча сила буде направлена також вгору. Її значення дорівнює:
F = F2 – F1 = ρl*g*(h+a)*S – ρl*g*h*S = ρl*g*a*S.
Зауважимо, що твір довжину ребра площу грані S куба – це його обсяг V. Цей факт дозволяє переписати формулу таким чином:
F = ρl*g*V.
Така формула виштовхувальної сили говорить про те, що значення F не залежить від глибини занурення тіла. Так як об’єм тіла V співпадає з об’ємом рідини Vl, яку воно витіснило, то можна записати:
FA = ρl*g*Vl.
Формулу виштовхувальної сили FA прийнято називати математичним виразом закону Архімеда. Його вперше встановив давньогрецький філософ в III столітті до нашої ери. Закон Архімеда прийнято формулювати так: якщо тіло занурене в текучу субстанцію, то на нього діє спрямована вертикально вгору сила, яка дорівнює вазі витісненої тілом розглянутої субстанції. Виштовхуючу силу називають силою Архімеда або підйомною силою.
