Выталкивающая сила воды

На погруженные в воду тела действует выталкивающая сила. Ее ощущал каждый человек, достающий воду из колодца: ведро, наполненное водой, легче поднимать, когда оно находится в воде, и труднее после того, как оно окажется над водой.

Убедиться в действии выталкивающей силы воды можно и при проведении несложного опыта. Погрузим в воду мяч, а затем отпустим. Мяч «выпрыгнет» из воды.

Выталкивающая сила жидкости направлена снизу вверх, что заметно при проведении следующего опыта. Закрепим клубень картофеля на нижнем конце пружинного динамометра и заметим его показания. Теперь опустим клубень в сосуд с водой. Пружина динамометра сожмется.

Направленность выталкивающей силы вверх связана с тем, что вода давит на погруженное тело снизу с большей силой, чем сверху.

Опыт, иллюстрирующий выталкивающую силу воды
Опыт, иллюстрирующий выталкивающую силу воды

Впервые выталкивающую силу жидкости рассчитал древнегреческий ученый Архимед, живший в III в. до н. э. Поэтому эту силу называют архимедовой силой.

Действующая на тело выталкивающая сила воды равна весу воды, вытесняемой погруженным в нее телом. Об измерении выталкивающей силы вы узнаете при изучении физики в более старших классах.

Крупное тело вытесняет больший объем воды, чем мелкое, и испытывает большую выталкивающую силу. Одинаковые по объему тела (например, из камня, алюминия, олова) вытесняют при погружении в воду одинаковые ее объемы и испытывают одинаковые выталкивающие силы. Однако такие же по объему тела (например, из пенопласта, парафина) плавают в воде, вытесняя разные объемы воды и значительно меньшие по сравнению с их объемами.

Действие выталкивающей силы воды на тела различной плотности
Действие выталкивающей силы воды на тела различной плотности – шарики из олова (1), парафина (2), пенопласта (3)

Теперь ответим на вопрос, почему одни тела держатся на поверхности воды, другие почти полностью или целиком погружаются в нее и плавают, а третьи тонут. Как вы уже знаете, тела различаются по плотности и их сила тяжести различна при одинаковых объемах. Если плотность тела больше плотности воды, то его сила тяжести превышает архимедову силу и это тело тонет. Если же плотность тела меньше плотности воды, то сила его тяжести не превышает архимедову силу. Такое тело вытесняется водой, всплывает. При увеличении плотности воды, например, растворением в ней поваренной соли выталкивающая сила возрастает.

Повышение выталкивающей силы воды при увеличении ее плотности
Повышение выталкивающей силы воды при увеличении ее плотности

Выталкивающая сила воды имеет большое значение в жизни водных организмов. Их тело по плотности мало отличается от плотности воды и поэтому почти полностью уравновешивается архимедовой силой. Все обитатели водной среды находятся в ней как бы в подвешенном состоянии. Благодаря выталкивающей силе воды только в ней возможно существование таких гигантских животных, как голубые киты.

Голубой кит
Голубой кит