На главную домой советы по ремонту квартиры
Поиск по сайту       Что это за доктор?       Записаться на прием

Примеры консультаций

РЕМОНТ > > > (предп. дата ОК. - до 19.01.2023)
В ТЕСТ-РЕЖИМЕ БОЛЬНИЦА ОТКРОЕТСЯ 14.02.2022
gпо сос. на 26.01.2022 приемная выглядит так
приемная

Лекция №7. Закон Архимеда или сила антигравитации

Загадочную и неуловимую силу антигравитации долго искать не надо. Люди пользуются этой силой с незапамятных времен, но не обращают на это внимания. Ведь эта сила всегда под рукой, ну как минимум под ногой, и называется силой Архимеда.

Но это - банально и неинтересно. Гораздо интереснее искать силу антигравитации в тиши научных лабораторий или в медитациях по восточным практикам. Но мы попробуем найти эту силу, воспользовавшись простым логическим анализом.

Для начала коротенькое видео:

А теперь более подробно рассмотрим классический подход к вопросу. Формулировка закона Архимеда звучит примерно так:

На тело, погруженное в жидкость (или газ) действует сила, равная весу вытесненной жидкости (или газа) и направленная в сторону, противоположную силе тяжести.

А затем следует формула:

FA = ρgV (FA = mg) (766.1)

где ρ - плотность жидкости или газа, кг/м3, g = 9.81 м/с2 - ускорение свободного падения, V - объем вытесненной жидкости или газа, м3.

Примечание: Так как умножение плотности на объем - это и есть масса тела (ρV = m), то я позволил себе добавить в скобках вариант сокращенной записи формулы.

Очень часто силу Архимеда называют выталкивающей силой, но это неправильно.

Выталкивающая сила - это сила, возникающая из-за разницы массы тела, погруженного в жидкость (или газ) и массы вытесненной жидкости (или газа):

Fв = (m - mт)g (766.2)

Формулы простые, надежные, вполне рабочие, проверенные многовековым опытом.

Сила Архимеда при этом выглядит как антигравитационная, так как направлена в сторону, противоположную силе тяжести, но при этом считается обычной гравитационной. Этой хитрой особенностью с незапамятных времен пользуются кораблестроители, не сильно заморачиваясь физикой процесса.

К тому же есть простое и достаточно логичное объяснение:

Тело, погружаясь в жидкость, выталкивает своим объемом эту жидкость вверх - происходит водоизмещение. Жидкость, поднявшись выше начального уровня, под действием силы тяжести движется вниз и при этом выталкивает погруженное тело вверх. Чтобы в этом убедиться, достаточно посмотреть на отметку воды под дном корабля и на отметку воды за бортом корабля.

Никакой антигравитации тут конечно же нет, а есть водоизмещающая сила.

Когда нет предварительного водоизмещения (например тело сначала погружено на дно сосуда, а затем в сосуд заливают воду, сила Архимеда по-прежнему отлично действует.

Объяснить это уже сложнее, для этого нужно сначала виртуально перенести тело к поверхности воды, чтобы увидеть разницу отметок воды под телом и на поверхности воды. А потом поверить, что тело, имеющее вес в 1000 раз меньше воды, может поднимать более тяжелую воду того же объема, как минимум на начальном этапе движения. Вода, конечно не поднимается, а растекается под действием все той же силы тяжести, но сути это не меняет.

Ну а для всех сомневающихся есть еще разница гидростатических и гидродинамических давлений, действующих на погруженное тело со всех сторон, (возможно и еще какие-то хитрости, о которых я не знаю).

Но как быть в ситуациях, когда нет предварительного водоизмещения и отсутствует разница гидростатических давлений, а сила Архимеда продолжает действовать?

Смотрим видео:

Мы видим, что совершается работа - мензурка с воздухом поднимается вверх потому, что обычный воздух с плотностью в 1000 раз меньше плотности воды давит через мензурку на воду снизу сильнее, чем вода сверху на воздух в мензурке:

↑рвозд > ↓рвод при ρвозд = ρвод/1000 (766.3.1)

Что такое давление? После всех возможных преобразований (p = ρV/S = m/S, при S = l2, V = l3давление - это плотность, умноженная на длину, в данном случае - среднюю толщину слоя (все вычисления в килограмм-силах, кг·с), т.е.:

р = ρl (766.4.1)→

↑рвозд = ↑рвод/1000 > ↓рвод (766.5.1) 

Так как площадь взаимодействия S одинаковая для обеих сил, то:

↑Fвозд = ↑Sрвозд = ↑Sрвод/1000 > ↓Fвод = ↓Sрвод (766.5.2) 

Как эти формулы ни крути, как ни преобразовывай (можно еще через работу все это выразить, типа А = Fl = рS или через энергию), но с точки зрения арифметики тут все равно явное несоответствие.

Конечно можно подключить еще и дифференцирование, интегрирование и прочее логарифмирование и доказать, что в приведенных формулах все правильно (особенно если начать с Е = mc2 = mv2/2), но я так красиво не умею, поэтому предполагаю, что давление воздуха может быть больше давления воды только в одном случае:

рвозд > рвод при ρвозд > ρвод (766.3.2)

Примечание: В данном случае не важно, за счет чего создается давление, только за счет внутреннего давления или и внутреннего давления и дополнительных сил, действующих на тело.

Чтобы это подтвердить это очевидное при всей своей невероятности предположение, были созданы следующие условия подъема мензурки с воздухом как минимум в самом начале опыта:

1. На мензурку с воздухом давит сверху атмосферное давление и гидростатическое давление слоя воды. Гидростатическое давление жидкости на воздух снизу = 0, т.е. внутри мерного стакана примерно атмосферное давление воздуха (перепад по высоте можно не учитывать), т.е. должно быть:

↑р0 возд < ↓р0 вод = р0 возд + ρводh (766.6.1)

где h - средняя толщина слоя воды над мензуркой, равная 5 см и создающая дополнительную силу примерно 5 г·с, сжимающую стенки мензурки.

Но в действительности ситуация выглядит так:

↑р0 возд < ↓р0 вод + ↓рпальца (766.6.2)

2. Наружный диаметр отверстия мензурки немного больше внутреннего диаметра дна стакана. При прижимании отверстия мензурки к дну стакана мензурка деформируется, возникают сжимающие напряжения, действующие на стенки стакана. При этом сжимающая сила (точнее сила трения, возникающая при сжатии) больше силы тяжести мензурки, так как при переворачивании стакана мензурка не выпадает под действием силы тяжести. Сила тяжести мензурки около 5 г·с, соответственно дополнительное гидростатическое давление ≤ сжимающих напряжений, действующих на стенки мензурки. Кроме того, это исключает возможность попадания воды под мензурку при наливании.

Т.е. воздуху, чтобы подниматься вверх нужно еще и преодолеть силу трения стенок мензурки, мешающую движению мензурки вверх т.е. еще сильнее давить на дно мензурки, но пока сверху давит палец:

↑р0 возд < ↓р0 вод + ↓рсж + ↓pпальца (766.6.3)

3. Изначально отсутствует объем вытесненной телом жидкости, так как вода заливается в стакан уже после того, как мензурка с воздухом помещена на дно. Т.е. воде не может стремиться к некоему начальному уровню воды, нет перепада отметок воды по высоте, нет запаса потенциальной энергии, есть только плотности материалов, сила Архимеда действовать не должна:

ΔЕп вод = ΔЕп возд = 0 (766.6.4)

4. Убираем палец - дополнительное давление на воздух сверху. Убеждаемся в том, что:

↑р0 возд < ↓р0 вод + ↓рсж (766.6.5)

5. Воздух поднимает мерный стакан не сразу после того, как убирается внешняя сжимающая сила - палец, а через некоторое, достаточно значительное время, необходимое для создания дополнительного давления воздуха на воду снизу:

↑р0 возд + ↑рΔt > ↓р0 вод + ↓рсж (766.6.6)

где рΔt - это дополнительное давление, возникающее в течение определенного промежутка времени. Почему возникает это дополнительное давление, мы рассмотрим позже.

6. При заливке более холодной воды (разница температур до 10 градусов) время задержки всплытия дошло до 5-7 секунд. Это можно объяснить только тем, что чем ниже температура пластиковой мензурки, тем выше ее прочность (и это - логично, так как при повышении температуры пластик будет создавать все меньшие сжимающие напряжения, действующие на стенки стакана, а в конце вообще расплавится - перейдет в жидкое агрегатное состояние), т.е. предварительно созданные сжимающие напряжения увеличиваются, и чтобы их преодолеть, требуется дополнительное время. В формулах это будет выглядеть примерно так:

↑р0 возд + ↑2рΔt > ↓р0 вод + ↓2рсж (766.6.7)

Если приведенное выше объяснение вас ни в чем не убеждает и вы по-прежнему верите, что вода, находящаяся сверху тела, давит при этом на тело снизу, то можете дальше не читать, для остальных я продолжу.

Итак, что же это за загадочная сила, которая конечно же начинает действовать сразу после того, как мы наливаем воду, но для того, чтобы увеличить давление на воду, ей требуется время? Ответ очень прост - это все та же сила антигравитации (шучу - просто подъемная сила воздуха). И она действует на воздух под мензуркой потому, что плотность воздуха больше плотности воды.

ρвозд > ρвод (766.7)

А время ей требуется для того, чтобы совершить работу А - повысить давление на дно мензурки и понизить давление на дно стакана, т.е. переместить некоторое количество частиц воздуха вверх на некоторое расстояние l. При этом за счет изменения разницы давлений на уровне дна стакана увеличивается внешнее давление на стенки мензурки, ободок мензурки сжимается еще больше, сила трения уменьшается.

Согласен, что для обычных людей это звучит еще невероятнее, чем сила, которая действует на тело с одной стороны, но при этом толкает тело в другую сторону и мысль, которая первой приходит в голову после озвучивания неравенства масс, будет примерно следующей:

"С вами, учеными, только беда одна, никак не угомонитесь. Вот жили мы на плоском острове, вокруг плоское море, а значит и Земля плоская. Все логично. Но тут вы со своими научными вопросами

- Почему Земля не тонет, ведь она тяжелее воды?

- А под ней гигантская черепаха.

- Почему плоская Земля не съезжает со сферического панциря?

- А на панцире три слона стоят.

- Чем слоны в воде дышат?

- М-м-м, хорошо, пусть будут три кита. А за закон Архимеда спасибо, теперь мы знаем, почему киты не тонут. Но нет, вам мало того, что придумали круглую землю, центр тяжести, гравитацию, радиусы всякие евклидные. У вас еще и Земля вокруг Солнца вращается, хотя мы каждый день прекрасно видим, что Земля на месте, а это Солнце всходит и заходит, ну или пусть будет по-вашему, вращается. Может хватит уже, ну зачем вам еще и антигравитация, толку с нее?"

Мысль вполне здравая, обидно только, что подобных мыслей могут придерживаться и некоторые ученые, ну а мы продолжим.

Масса у тела может быть только одна - инерционная

Гравитационную массу придумал Ньютон.

Какова на самом деле природа силы поверхностного натяжения жидкости, как площадь поверхности контакта воды и воздуха влияет на значение подъемной силы - это отдельные достаточно сложные и интересные вопросы, не имеющие прямого отношения к теме данной лекции.

И да, сила водоизмещения и сила Архимеда - это две разные силы.

Силу водоизмещения действительно достаточно легко и точно можно определить по формулам (766.1) и (766.2). А чему равна сила Архимеда - можно измерить опытным путем. У меня получилось, что сила Архимеда в 1.2 раза больше силы гравитации, если использовать силу антигравитационного ветра (назовем так центробежную силу для красоты) и знания сопромата, то можно увеличить эффект до 2 раз.

Если исходить из того, что плотность воздуха в 1.333 раза больше плотности воды, что соответствует коэффициенту преломления, то и сила Архимеда должна быть примерно в 1.3 раза больше гравитационной силы, что и было продемонстрировано в первом видео. Таким образом:

Возникает сила антигравитации потому, что одноименные заряды отталкиваются, т.е. в данном случае воздух отталкивается от то ли жидкого, то ли газообразного водорода под тонкой оболочкой Земли. Отсюда следуют еще более неутешительные для современной науки выводы.

Например, получается, что самый плотный газ - это водород. Именно он имеет самую большую инерционную массу при том же объеме. И его подъемная сила в воде примерно в 15 раз больше, чем обычного воздуха. А отталкивается водород от центра масс потому, что ядро Земли... - это тоже водород!

Вообще-то в этом ничего странного нет. Солнце на 97% состоит из водорода, во всяком случае, так утверждают современные ученые.

Почему анализ изверженной магмы показывает большое наличие в магме железа? Возможно потому, что из водорода образуются все остальные химические элементы при изменении температуры и давления. Это косвенно подтверждается экспериментами одного знакомого мне физика, генерирующего углерод и железо из воды.

Почему водород не покидает пределы атмосферы и почему Земля не отталкивается от Солнца? Во-первых, не факт, что водород не покидает пределы известной нам атмосферы, этого никто не проверял. Насколько именно удаляются молекулы водорода от центра тяжести Земли - это нужно проверять. А еще сила притяжения всегда немного больше силы отталкивания. Почему сила притяжения всегда больше силы отталкивания? Ответ на этот вопрос поможет дать следующая картинка, иллюстрирующая изменение радиуса взаимодействия электрических зарядов:

изменение радиуса взаимодействия между зарядами

На рисунке мы видим изменения радиуса взаимодействия из-за смещения условных центров тяжести зарядов. По моему, гениально, потому что очень просто. Автор идеи, насколько я понимаю, некто Петров В.М.

Да и вообще, мир должен быть значительно проще, чем это пытаются нам представить современные ученые, все еще пытающиеся опереть плоскую Землю на трех китов.

Вот собственно и все, что я хотел сказать по этому поводу. Во всяком случае пока...

На этом пока все.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье "Записаться на прием к доктору"

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Для Украины - номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 4128 9630

На главную домой

Категории:
Оценка пользователей: Нет
Переходов на сайт:1
Комментарии:

Комментариев нет

Добавить свой комментарий:

Имя:

E-Mail адрес:

Комментарий:

Ваша оценка:

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье "Записаться на прием к доктору" (ссылка в шапке сайта).







советы по строительству и ремонту




Доктор Лом. Первая помощь при ремонте, Copyright © 2010-2022