Когато даден обект се държи неподвижен под вода, изглежда, че тежи по-малко, отколкото във въздуха, защото плаващата сила помага да го задържите (балансирате теглото му). Поради тази причина намалената сила, която трябва да приложите, за да държите обекта, е известна като привидно тегло. Когато се използва везна за претегляне на обект, потопен във вода, везната ще отчете видимото тегло. Когато се извършва хидростатично претегляне за измерване на телесния състав, привидното тегло често се нарича тегло под вода ().

тялото

Когато претегляме под вода, знаем, че плаващата сила трябва да бъде равна на разликата между теглото и видимото тегло, тъй като обектът остава неподвижен, което е състояние, известно като статично равновесие . За да бъде обектът в статично равновесие, всички сили върху него трябва да бъдат балансирани, така че да няма нетна сила . В случай на претегляне под вода, плаващата сила плюс силата, предоставена от кантара, трябва перфектно да балансира теглото на обекта, стига обектът да стои неподвижен. Можем да използваме стрелки, за да представим силите върху даден обект и да визуализираме как те са балансирани или небалансирани. Този тип диаграма е известна като диаграма на свободното тяло (FBD). Посоката на стрелките показва посоката на силите, а дължината на стрелките показва размера (големината) на силата. В този случай наричаме стрелките вектори и казваме, че силите, които те представляват, са векторни величини. FBD за лице, подложено на хидростатично претегляне, ще изглежда така:

Свободна диаграма на тялото на обект, окачен на везна, потопен във вода. Дължината на стрелката на тежестта е равна на комбинираните дължини на силата, подавана от кантара и плаващата сила. Везната ще отчете теглото, което трябва да достави, следователно ще отчете видимото тегло за потопени обекти, което е по-малко от действителното тегло.

В последната глава научихме, че везните измерват силата, която подават на други обекти. Везната трябва да осигурява по-малко възстановяваща сила, за да противодейства на теглото и да поддържа статично равновесие, когато плаващата сила също помага, следователно везната ще осигури видимо отчитане на теглото, което е по-малко от действителното тегло.

Измерването на теглото и видимото тегло на дадено тяло ни позволява да изчислим неговата плътност, защото плаващата сила, която причинява намаляването на видимото тегло, има специално отношение към количеството вода, изместено от тялото. Принципът на Архимед гласи, че плаващата сила, осигурявана от флуид, е равна на теглото на течността, изместена.

Упражнения за подсилване

Плаваща сила и плътност

Дадена маса тъкан с ниска плътност ще заеме обем спрямо същата маса на тъкан с висока плътност. Поемането на обема означава, че повече вода се измества, когато тялото е потопено, така че плаващата сила ще бъде по-голяма в сравнение с теглото, отколкото би била при по-плътно тяло. Това от своя страна означава, че привидното тегло е по-малко спрямо действителното тегло за тела с по-висока плътност. Чрез сравняване на теглото и привидното тегло може да се определи телесната плътност. Ще направим това в следващата глава, но първо трябва да се запознаем по-добре с плаващата сила .

Всекидневен пример

Водата, изместена от тухла, тежи по-малко от тухлата, така че плаващата сила не може да отмени теглото на тухлата и тя ще има тенденция да потъва (диаграма вляво). За да задържите тухлата на място, трябва да осигурите оставащата сила нагоре, за да балансирате тежестта и да поддържате статично равновесие. Тази сила е по-малка от теглото във въздуха, така че тухлата изглежда тежи по-малко във водата (дясна диаграма).

Безплатни диаграми на тялото за тухли във вода. Тухлата вляво потъва, тухлата вдясно се държи на място от вас.

Ако пуснете тухлата, тя ще излезе от равновесие и ще потъне до дъното на басейна. В този момент дъното на басейна осигурява допълнителна сила нагоре, за да балансира тежестта и тухлата отново е в статично равновесие .

Свободна диаграма на тялото на тухла, седнала на дъното на басейн.

Водата, изместена от цяла плажна топка, тежи повече от плажна топка, така че ако държите такава под вода, плаващата сила ще бъде по-голяма от теглото. Ръката ви осигурява допълнителна сила надолу, за да балансира силите и да поддържа статично равновесие (лява диаграма). Когато пуснете, силите ще бъдат неуравновесени и топката ще започне да се движи нагоре (дясна схема).

Безплатни телесни диаграми на плажна топка под вода. Топката вляво се задържа на място от вас. Топката отдясно ще се носи нагоре.

Плътността на леда е само около 9/10 тази на водата. Теглото на водата, изместена само от 9/10 от айсберга, има същото тегло като целия айсберг. Следователно 1/10 от айсберга трябва да останат изложени, за да бъдат балансирани теглото и плаващите сили и айсбергът да бъде в статично равновесие .

Айсберг, плаващ с около 9/10 от обема си, потопен. Кредит за изображение: „Айсберг“, създаден от Уве Килс (айсберг) и Потребител: Уиска Бодо (небе) чрез Wikimedia Commons

Упражнения за подсилване

Вижте тази симулация на плаваемост, която ви позволява да контролирате колко обекти с различни маси са потопени и ви показва получената плаваща сила заедно със силите, предоставени от вас и везна в дъното на басейна (привидно тегло).

Не толкова всекидневен пример

Подводниците контролират колко вода те изместват чрез изпомпване на вода в и извън резервоарите в подводницата. Когато водата се изпомпва вътре, тогава тази вода не се измества от подводницата и това не се брои за увеличаване на плаващата сила. И обратно, когато водата се изпомпва, водата вече се измества от подводницата и плаващата сила се увеличава, каквато е концепцията зад маневрата в следващото видео:

  1. „Принцип на Архимед“ От MikeRun [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], от Wikimedia Commons↵
  2. "Айсберг", създаден от Уве Килс (айсберг) и Потребител: Уиска Бодо (небе). [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) или CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], чрез Wikimedia Commons ↵

възходящата сила, упражнявана от която и да е течност върху тяло, поставено в нея

силата на гравитацията върху обекта, обикновено по отношение на силата на гравитацията, причинена от Земята или друго небесно тяло

отчитането на скала, която се използва за измерване на теглото на обект, който е потопен в течност

техника за измерване на масата на единица обем от тялото на живия човек. Това е пряко приложение на принципа на Архимед, че обектът измества собствения си обем вода

видимо тегло при потапяне във вода

състоянието е в равновесие (без небалансирани сили или въртящи моменти) и също няма движение

общата сума на оставащата небалансирана сила върху даден обект

графична илюстрация, използвана за визуализиране на силите, приложени към обект

размера или степента на векторно количество, независимо от посоката

количество, имащо посока, както и величина

сила, която е склонна да върне системата обратно към равновесното положение

връзка между количеството материал и заеманото пространство, изчислено като маса, разделена на обем.

изтласкани от първоначалното положение, обикновено по отношение на течността, изтласкана от пътя от обект, поставен в течността, или обект, изместен от равновесното си положение

Плаващата сила нагоре, която се упражнява върху тяло, потопено в течност, независимо дали е напълно или частично потопена, е равна на теглото на течността, изместена от тялото

измерване на количеството материя в обект, направено чрез определяне на неговата устойчивост на промени в движението (инерционна маса) или силата на тежестта, приложена към него от друга известна маса от известно разстояние (гравитационна маса). Гравитационната маса и инерционната маса изглеждат равни.

количество пространство, като обема в кутията или обема, зает от обект.

състояние на липса на небалансирани сили или въртящи моменти