Калькулятор закона Архимеда

Закон Архимеда гласит: на тело, полностью или частично погружённое в жидкость или газ, действует направленная вверх выталкивающая сила, равная весу вытесненной среды. Силу рассчитывают умножением плотности среды, вытесненного объёма и ускорения свободного падения. Эта простая зависимость объясняет, почему плавают суда, поднимаются воздушные шары, погружённые предметы кажутся легче и плотность можно измерять по кажущемуся весу. Вытесненный объём — часть объёма тела ниже поверхности среды. Полностью погружённое твёрдое тело вытесняет весь свой внешний объём, если среда не проникает во внутренние полости. Плавающее тело погружается до тех пор, пока выталкивающая сила не сравняется с силой тяжести. Для тела однородной плотности равновесная доля погружения равна плотности тела, делённой на плотность среды. Поэтому деревянный брусок плотностью 600 килограммов на кубический метр в пресной воде плавает, погрузив примерно 60 процентов своего объёма. Калькулятор также сравнивает выталкивающую силу для введённого вытесненного объёма с силой тяжести равного объёма тела. Положительная результирующая сила вверх означает, что полностью погружённое тело стремится всплыть; отрицательная — что оно стремится тонуть. Равные плотности дают нейтральную плавучесть. Расчёт предполагает однородные плотности и использует введённое местное ускорение свободного падения для обеих сил. Поскольку оно присутствует в обеих формулах, оно сокращается в отношении плотностей, определяющем основные условия плавания. Плотность среды зависит от состава, солёности, давления и температуры. Для пресной воды часто принимают 1000 килограммов на кубический метр, но точная плотность меняется с температурой. Морская вода плотнее: обычно около 1025 килограммов на кубический метр. Воздух намного менее плотный, и его плотность сильно зависит от высоты и погоды. При анализе лодок, поплавков и полых конструкций плотность тела должна представлять собой общую массу, делённую на внешний объём, включая герметичные пустоты. Эта идеальная модель не учитывает поверхностное натяжение, гидродинамическую подъёмную силу, захваченные пузырьки, ускорение среды, сжимаемость или контакт с ёмкостью. Устойчивость также отличается от баланса вертикальных сил: тело может иметь достаточную плавучесть, но опрокидываться, если центр тяжести и центр плавучести создают дестабилизирующий момент. Используйте результат для обучения и предварительных оценок в механике жидкостей и газов. Проектирование судов, подъёмных и водолазных систем, сосудов под давлением требует подходящих коэффициентов запаса, точной геометрии, расчётных нагрузок, учёта свободной поверхности и инженерных стандартов.