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 (рис. 53).

Опыт, иллюстрирующий выталкивающую силу воды
Рис. 53. 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 (рис. 54).

Действие выталкивающей силы воды на тела различной плотности – шарики из олова (1), парафина (2), пенопласта (3)
Рис. 54. 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 (рис. 55).
Повышение выталкивающей силы воды при увеличении ее плотности
Рис. 55. 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 (рис. 56).
Голубой кит
Рис. 56. Голубой кит

  1. Как можно доказать, что вода обладает выталкивающей силой?
  2. Почему выталкивающая сила воды направлена снизу вверх?
  3. Чему равна выталкивающая сила воды?
  4. При каких условиях тела тонут в воде?
  5. При каких условиях тела погружаются в воду и плавают в ней?
  6. Почему морская вода обладает большей выталкивающей силой по сравнению с пресной?
  7. Каково значение выталкивающей силы воды в жизни водных организмов?

Выясните при проведении опыта, какие из названных тел (клубень картофеля, луковица, яблоко, плод томата, корнеплод моркови) тонут, а какие плавают в воде.
Объясните: 1. Что происходит с морскими водорослями во время отливов и приливов? 2. Почему киты, оказавшиеся на мели, гибнут от раздавливания внутренних органов массой собственного тела? 3. Почему акула будет опускаться на дно, если она перестанет двигать телом и плавниками?