Содержание
Как называется довольно легкий металл способный плавать на поверхности воды
Мир современных материалов — Металл, который может плавать на поверхности воды
Радикально новый материал может привести к созданию нетонущих кораблей, а также может повысить экономию топлива в сверхлёгких автомобилях, поскольку сочетает в себе лёгкий вес с термостойкостью.
Исследователи продемонстрировали новый тип металла, настолько лёгкий, что он может плавать на поверхности воды.
Материал был создан Deep Springs Technology и политехнической Инженерной школой Нью-Йоркского университета совместно с армией США.
Новый материал представляет собой синтактическую пену (композит, наполнителем в котором являются полыесферическиечастицы) с металлической матрицей. Способность металлов выдерживать более высокие температуры может быть огромным преимуществом таких композитов для применения в двигателях и компонентах выхлопных газов.
Матрица композита представляет собой магниевый сплав, армированный полыми частицами карбида кремния. Композит имеет плотность 0,92 г/см 3 по сравнению с плотностью воды 1,0 г/см 3 .
Кроме более низкой, по сравнению с водой, плотности, новый композит достаточно прочный, чтобы выдерживать жесткие условия, с которыми сталкиваются в морской среде. Секрет прочности материала кроется в металлической матрице, которая затем превращается в пену добавлением в неё прочных и лёгких полых сфер из карбида кремния. Оболочка каждой сферы может выдерживать давление более 25000 фунтов на квадратный дюйм (PSI), что в 100 раз больше максимального давления в пожарном шланге. Полые частицы также действуют как защита от ударов, поскольку каждая оболочка при разрыве действует как поглотитель энергии.
Плотность и другие свойства новых композитов могут меняться в зависимости от требований к материалу, это легко делается увеличением или уменьшением количества сфер в металлической матрице.
Такая концепция изготовления материала также может быть использована с другими, негорючими магниевыми сплавами.
Прототипы нового композита могут появиться для испытаний в течение трех лет.
В будущем новый композит имеет все шансы использоваться для полов лодок, автомобильных деталей, а также автомобильной брони.
Вас также может заинтересовать:
Почему вещи плавают в воде?
Хотя все северное сияние впечатляет, не все они одинаковы. Aurora borealis , или «северный рассвет», происходит, когда электроны в магнитном поле, окружающем Землю, передают энергию молекулам кислорода и азота в атмосфере. Затем молекулы излучают избыточную энергию в виде легких частиц, которые создают мерцающие дисплеи, цвета и формы которых зависят от многих известных и неизвестных факторов [PDF] — типа молекулы, количества переданной энергии, местоположения в магнитосфере и т. Д.
Хотя «штормы» сильно отличаются друг от друга, в прошлом они не назывались так, как ураганы и другие штормы. Теперь это меняется благодаря туристической организации под названием Visit Arctic Europe. Как сообщает Travel + Leisure , организация теперь будет называть сильнейшие штормы северными именами, чтобы их было легче отслеживать.
«С осени до ранней весны в арктической Европе можно увидеть так много северных сияний, что мы начали давать им названия так же, как и другие штормы.Таким образом, они обретают собственную идентичность, и о них легче общаться », — пояснил в своем заявлении директор программы Visit Arctic Europe Рауно Посио.
Ученые смогут ссылаться на имена в своих исследованиях, так же, как они это делают с ураганами. А если вы турист и надеетесь посмотреть кадры других небесных телесериалов, которые вы только что видели, поиск по имени в социальных сетях, скорее всего, даст лучшие результаты, чем широкое «#auroraborealis».”
Посетите Арктику. Европа уже дала названия недавним штормам северного сияния, включая Фрейю в честь норвежской богини любви, красоты и плодородия и Сампо в честь «чудо-машины и волшебной мельницы в финской национальной эпической поэме« Калевала ». Несколько других прозвищ отдают дань уважения некоторым из постоянных жителей организации «охотникам за северным сиянием».
Но не обязательно быть богиней или охотником за полярным сиянием, чтобы принять участие в действии. Кто угодно может указать имя (вместе с необязательным объяснением вашего предложения) на странице «Именование полярных сияний» здесь.Можно с уверенностью предположить, что у работ, связанных с историей или культурой Скандинавии больше шансов быть выбранными, но технически ничто не мешает вам попросить Visit Arctic Europe назвать шоу северного сияния в честь вашей собаки.
[ч / т Путешествие + отдых]
Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия
Некоторые химические элементы называются металлами . Они являются большинством элементов периодической таблицы. Эти элементы обычно обладают следующими свойствами:
- Они могут проводить электричество и тепло.
- Их легко сформировать.
- У них блестящий вид.
- Они имеют высокую температуру плавления.
Большинство металлов остаются твердыми при комнатной температуре, но это не обязательно.Ртуть жидкая. Сплавы — это смеси, в которых хотя бы одна часть смеси представляет собой металл. Примеры металлов: алюминий, медь, железо, олово, золото, свинец, серебро, титан, уран и цинк. Хорошо известные сплавы включают бронзу и сталь.
Изучение металлов называется металлургией.
Признаки сходства металлов (свойства металлов) [изменить | изменить источник]
Большинство металлов твердые, блестящие, они кажутся тяжелыми и плавятся только при очень высоких температурах.Куски металла издают звон колокольчика при ударе чего-то тяжелого (они звонкие). Тепло и электричество могут легко проходить через металл (он проводящий). Кусок металла можно разбить на тонкий лист (он ковкий) или растянуть на тонкую проволоку (он пластичный). Металл трудно разорвать (у него высокая прочность на разрыв) или разбить (у него высокая прочность на сжатие). Если надавить на длинный тонкий кусок металла, он согнется, а не сломается (он эластичный). За исключением цезия, меди и золота, металлы имеют нейтральный серебристый цвет.
Не все металлы обладают этими свойствами. Ртуть, например, жидкая при комнатной температуре, свинец очень мягкий, а тепло и электричество не проходят через железо так, как через медь.
Мост в России металлический, вероятно, железный или стальной.
Металлы очень полезны людям. Их используют для изготовления инструментов, потому что они могут быть прочными и легко поддающимися обработке. Из железа и стали строили мосты, здания или корабли.
Некоторые металлы используются для изготовления таких предметов, как монеты, потому что они твердые и не изнашиваются быстро.Например, медь (блестящая и красного цвета), алюминий (блестящая и белая), золото (желтая и блестящая), а также серебро и никель (также белые и блестящие).
Некоторые металлы, например сталь, можно делать острыми и оставаться острыми, поэтому их можно использовать для изготовления ножей, топоров или бритв.
Редкие металлы с высокой стоимостью, такие как золото, серебро и платина, часто используются для изготовления ювелирных изделий. Металлы также используются для изготовления крепежа и шурупов. Кастрюли, используемые для приготовления пищи, могут быть сделаны из меди, алюминия, стали или железа.Свинец очень тяжелый и плотный, и его можно использовать в качестве балласта на лодках, чтобы не допустить их опрокидывания или защитить людей от ионизирующего излучения.
Многие изделия, сделанные из металлов, на самом деле могут быть сделаны из смесей по крайней мере одного металла с другими металлами или с неметаллами. Эти смеси называются сплавами. Некоторые распространенные сплавы:
Люди впервые начали делать вещи из металла более 9000 лет назад, когда они обнаружили, как получать медь из [] руды. Затем они научились делать более твердый сплав — бронзу, добавляя к ней олово.Около 3000 лет назад они открыли железо. Добавляя небольшое количество углерода в железо, они обнаружили, что из них можно получить особенно полезный сплав — сталь.
В химии металл — это слово, обозначающее группу химических элементов, обладающих определенными свойствами. Атомы металла легко теряют электрон и становятся положительными ионами или катионами. Таким образом, металлы не похожи на два других вида элементов — неметаллы и металлоиды. Большинство элементов периодической таблицы — металлы.
В периодической таблице мы можем провести зигзагообразную линию от элемента бора (символ B) до элемента полония (символ Po). Элементы, через которые проходит эта линия, — это металлоиды. Элементы, расположенные выше и справа от этой линии, являются неметаллами. Остальные элементы — это металлы.
Большинство свойств металлов обусловлено тем, что атомы в металле не очень крепко удерживают свои электроны. Каждый атом отделен от других тонким слоем валентных электронов.
Однако некоторые металлы отличаются. Примером может служить металлический натрий. Он мягкий, плавится при низкой температуре и настолько легкий, что плавает на воде. Однако людям не следует пробовать это, потому что еще одно свойство натрия состоит в том, что он взрывается при соприкосновении с водой.
Большинство металлов химически стабильны и не вступают в реакцию легко, но некоторые реагируют. Реактивными являются щелочные металлы, такие как натрий (символ Na) и щелочноземельные металлы, такие как кальций (символ Ca). Когда металлы действительно вступают в реакцию, они часто реагируют с кислородом.Оксиды металлов являются основными. Оксиды неметаллов кислые.
Соединения, в которых атомы металлов соединены с другими атомами, образуя молекулы, вероятно, являются наиболее распространенными веществами на Земле. Например, поваренная соль — это соединение натрия.
Кусок чистой меди, найденной как самородная медь
Считается, что использование металлов отличает людей от животных. Прежде чем использовать металлы, люди делали инструменты из камня, дерева и костей животных. Сейчас это называется каменным веком.
Никто не знает, когда был найден и использован первый металл. Вероятно, это была так называемая самородная медь, которую иногда находят большими кусками на земле. Люди научились делать из него медные инструменты и другие вещи, хотя для металла он довольно мягкий. Они научились плавке, чтобы получать медь из обычных руд. Когда медь плавили на огне, люди научились делать сплав под названием бронза, который намного тверже и прочнее меди. Из бронзы делали ножи и оружие.Это время в истории человечества примерно после 3300 г. до н.э. часто называют бронзовым веком, то есть временем бронзовых инструментов и оружия.
Примерно в 1200 году до нашей эры некоторые люди научились делать железные орудия труда и оружие. Они были даже тверже и прочнее бронзы, и это было преимуществом на войне. Время железных инструментов и оружия теперь называется железным веком. . Металлы были очень важны в истории человечества и цивилизации. Железо и сталь сыграли важную роль в создании машин. Золото и серебро использовались в качестве денег, чтобы люди могли торговать, то есть обмениваться товарами и услугами на большие расстояния.
В астрономии металл — это любой элемент, кроме водорода или гелия. Это потому, что эти два элемента (а иногда и литий) — единственные, которые образуются вне звезд. В небе спектрометр может видеть признаки металлов и показывать астроному металлы в звезде.
В организме человека некоторые металлы являются незаменимыми питательными веществами, такими как железо, кобальт и цинк. Некоторые металлы могут быть безвредными, например рутений, серебро и индий. Некоторые металлы могут быть токсичными в больших количествах. Другие металлы, такие как кадмий, ртуть и свинец, очень ядовиты.Источники отравления металлами включают горнодобывающую промышленность, хвостохранилища, промышленные отходы, сельскохозяйственные стоки, профессиональные воздействия, краски и обработанную древесину.
Какова плотность воды? По температуре и единицам измерения
Какая плотность воды? Имеет значение какая температура? Как определить плотность других предметов и жидкостей?
В этом руководстве мы объясняем плотность воды, предоставляем диаграмму, которую вы можете использовать для определения плотности воды при различных температурах, и объясняем три различных способа вычисления плотности.
Какова плотность воды?
Плотность — это масса единицы объема вещества. Плотность воды чаще всего дается как 1 г / см. 3 , , но ниже плотность воды в различных единицах.
| Шт. | Плотность воды |
| Плотность воды г / см 3 | 1 г / см 3 |
| Плотность воды г / мл | 1 г / мл |
| Плотность воды кг / м 3 | 1000 кг / м 3 |
| Плотность воды фунт / фут 3 | 62.4 фунта / фут 3 |
Не случайно вода имеет плотность 1. Плотность — это масса, деленная на объем (ρ = m / v), и вода использовалась в качестве основы для установления метрической единицы массы, которая означает кубический сантиметр (1 см 3 ) воды весит один грамм (1 г).
Итак, 1 г / 1 см 3 = 1 г / см 3 , что придает воде легко запоминающуюся плотность. Однако точная плотность воды зависит как от давления воздуха, так и от температуры в помещении. Эти изменения плотности очень незначительны, поэтому, если вам не нужны очень точные расчеты или если эксперимент проводится в области с экстремальной температурой / давлением, вы можете продолжать использовать 1 г / см 3 для плотности воды. Вы можете посмотреть на диаграмму в следующем разделе, чтобы увидеть, как плотность воды изменяется с температурой.
Обратите внимание, что эти значения плотности воды верны только для чистой воды. Морская вода (как и океаны) имеет разную плотность, которая зависит от того, сколько соли растворено в воде.Плотность морской воды обычно немного выше, чем плотность чистой воды, около 1,02 г / см 3 до 1,03 г / см 3 .
Плотность воды при разных температурах
Ниже представлена диаграмма
Какой процент воды на Земле пригоден для питья?
Джон Мисачи, 14 февраля 2018 в Окружающей среде
Большая часть воды на Земле непригодна для питья.
То, что мир покрыт водой, — это общепринято. Фактически, континенты похожи на большие острова в бескрайних океанах.Около 75% земли покрыто водой. На земле нет недостатка в воде. Земля может похвастаться одними из крупнейших водоемов, включая океаны, озера и реки, которые простираются примерно на две трети ее поверхности. Однако, несмотря на то, что три четверти Земли состоит из воды, менее 3% воды — это пресная незасоленная вода. Кроме того, из существующей пресной воды не вся она доступна для потребления человеком.
Сколько пресной воды на Земле?
Как указано выше, около 2.5% воды на Земле — пресноводные. Из доступной на Земле пресной воды только 31% доступен для использования. Около 69% пресной воды находится в форме ледяной шапки и ледника в таких местах, как ледяной щит Антарктики и Гренландии, что еще больше снижает количество доступной питьевой воды. Таким образом, если для питья доступен только 31% пресной воды, это означает, что 31% от 2,5% = 0,00775, что составляет менее 1%. Следовательно, менее 1% воды на Земле пригодно для питья. В некоторых районах ледник летом часто тает, чтобы обеспечить дополнительную питьевую воду.Однако количества воды от таяния ледников недостаточно для увеличения доступной пресной воды до уровня выше 1%.
Где хранится пресная вода?
Почти вся доступная пресная вода (за исключением ледника) — грунтовые. Подземные воды поднимаются и питают ручьи и насыщенные водно-болотные угодья. Он действует как резервуар, который также можно использовать для различных целей, в том числе в сельском хозяйстве и промышленности.Подземные воды обеспечивают примерно 40% питьевой воды.
Другим важным источником питьевой воды являются поверхностные пресные воды. Поверхностная вода содержится в озерах, реках, плотинах и ручьях. Хотя реки и плотины имеют решающее значение для водоснабжения, они содержат только 1% пресной воды. Около 0,001% пресной воды содержится в виде атмосферного пара, что является небольшим количеством, учитывая его важную функцию в погодных условиях.Однако атмосферные воды рециркулируют несколько раз в год между атмосферой и поверхностью земли, что приводит к дождям и снегам. Дожди и снег имеют решающее значение для пополнения поверхностных вод
Сколько людей не имеют доступа к чистой питьевой воде?
Из менее чем 1% доступной воды для питья большинство стран третьего мира не имеют необходимых ресурсов для обеспечения населения безопасной и чистой питьевой водой.Согласно отчету ВОЗ о питьевой воде и санитарии за 2008 год, около 885 миллионов человек, что составляет восьмую часть населения мира, не имеют доступа к безопасной воде. Около 3,6 миллиона человек ежегодно умирают от болезней, вызванных употреблением небезопасной питьевой воды.
Какое будущее у свежей питьевой воды?
Хотя поверхностные воды являются важным источником питьевой воды, поверхностные воды зависят от нескольких переменных режимов выпадения осадков, что делает их ненадежными.Защита подземных и поверхностных вод и управление ими является важной задачей в обеспечении доступности питьевой воды. Никто не может создать больше воды. Но, управляя источниками воды и системами распределения, люди максимально используют доступную воду и эффективно используют каждую каплю.
Физика в мире животных: как водомерки бегают по воде
Среди читателей Хабра, вероятно, нет людей, которые никогда не видели водомерок. Это очень распространенное семейство насекомых, которое включает около 1700 видов. Большинство — пресноводные, но есть и виды, которые живут на побережье морей и океанов.
Всю свою жизнь водомерки проводят на поверхности воды. Они передвигаются по ней так же просто, как обычные насекомые — по суше. Водомерки, по крайней мере, большинство видов — хищники. Они питаются мелкими организмами, но не боятся нападать и на более крупную добычу. Иногда ничего не подозревающий малек подплывает к поверхности водоема, и тут же в него всаживается «гарпун» — хоботок водомерки, которая впрыскивает в тело жертвы желудочный сок и начинает всасывать питательные вещества. В общем, неплохой сюжет для нескучного фильма. Но самое интересное в водомерке — ее способность бегать по воде. Каким образом это насекомое получило свою сверхспособность?
Физика и химия — друзья водомерок
В большинстве случаев водомерки держатся на воде благодаря, во-первых, наличию слоя водоотталкивающих жиров на тельце и конечностях, во-вторых, благодаря специальным волоскам на кончиках лапок.
Так, на задних лапках насекомых этих волосков очень много, их количество превышает 16 000 на мм 2 . На них водомерки опираются, они же служат рулевым механизмом. На средних и передних конечностях волосков тоже много, но не настолько. Волоски водомеркам приходится довольно часто приводить в порядок, поскольку если этого не делать, вода смочит тело водомерки и та утонет.
Предназначение волосков — создать воздушную подушку, на которой и покоится водомерка. Если присмотреться в солнечный день, то можно видеть, как сверкает вода вокруг лапок водомерки — это как раз воздушный «кокон» или, если угодно, воздушная подушка. На дне неглубокого водоема видна тень водомерки — и всегда вокруг лапок тень утолщена, хотя сами лапки вполне обычные — это тень от создаваемой волосками конечностей воздушной подушки.
Кстати, китайские ученые обнаружили интересный факт — время от времени тень от ножки перестает быть четкой, и тогда водомерка прижимает ее к передней части тела, где находятся железы, выделяющие несмачиваемое вещество. После этой процедуры тень от конечности снова становится четкой.
Волоски у водомерок тоже необычные, вдоль каждого из них проходит желобок, что предотвращает проникновение воды — она не может просочиться в столь малый объем. Угол соприкосновения воды с поверхностью конечностей водомерки составляет около 168 градусов, что предотвращает смачивание лапок.
Некоторые виды водомерок передвигаются и при помощи «химического двигателя». В задней части тела насекомых есть специализированная железа, которая выделяет жироподобное вещество. Оно изменяет силу поверхностного натяжения, снижая ее. В результате водомерка движется вперед уже благодаря действию уже законов физики. Водомерка скользит в создаваемой ею водной «лунке». Когда нужно выйти на берег, то выделение гидрофобного вещества снижается, и водомерка выбирается при помощи капиллярных сил.
Режим передвижения водомерок
Насекомые эти получили свое русское название из-за того, что передвигаясь, они как бы «меряют» пройденное по воде расстояние. Но, как оказалось, это лишь один режим передвижения водомерки — так она поступает, когда не испугана и не преследует жертву, а просто передвигается по поверхности воды.
Большинство видов попеременно опираются на три конечности, перемещая остальные три вперед, и повторяя этот цикл.
В моменты опасности или преследования добычи водомерка как бы втыкает в поверхность воды кончики средних лап, на которых не так много волосков, рулит задними, а передними — загребает воду. Единственное — передние лапки все же не погружаются в воду, а отталкиваются от поверхности воды.
Ну и последнее — водомерки умеют прыгать на воде. Не очень далеко, но это все же прыжки. Прыгают они в случае опасности — за этим можно наблюдать, если попробовать накрыть водомерку ладонью на воде. Спасаясь, она будет не только «грести», но и прыгать, причем довольно активно.
К слову, если изменить поверхностное натяжение воды — например, при помощи поверхностно-активных веществ (ПАВ), то водомерки потонут. Именно поэтому их нет в местах сброса в воду отходов производства — последние изменяют свойства воды и водомерки (да и не только они) не могут жить в подобных местах.
Водомерки приносят пользу науке
Группа китайских ученых разработала сверхточный метод измерения силы Архимеда. Идея пришла в голову сначала одному китайскому физику по имени Юй Тянь (Yu Tian) из университета Цинхуа в Пекине
Ученый в солнечный день отправился к берегу пруда в одном из парков столицы Китая. Там он смотрел на воду и заметил водомерок, которые отбрасывали тень. Как и говорилось выше, тень от их лапок была отличной от конфигурации кончиков конечностей.
Ученый понял, что это вызвано искривлением воды под действием веса водомерки, сколь бы небольшим он ни был. И тогда он понял, что при помощи теней, отбрасываемых объектами на поверхности воды, можно измерять силу Архимеда, причем эти измерения сверхточные. Граница чувствительности метода — 1 пиконьютон.
«Геометрия тени, которую отбрасывает на воду объект, позволяет очень точно вычислить искривление поверхности воды под ним, и, соответственно, определить объем этой „лунки“ и вычислить силу выталкивания, используя закон Архимеда. Все это можно измерить, используя фонарик, прозрачный сосуд, воду и простую камеру», — заявил ученый.
Еще и роботы
Результаты наблюдения китайского ученого помогли его команде разработать концепцию робота-водомерки. На данный момент таких устройств создано несколько, причем одно из них умеет даже прыгать по поверхности воды, как настоящая водомерка.
Первыми создателями робота-водомерки была команда School of Chemical Engineering and Technology. Разработчики использовали как результаты наблюдений коллег, так и собственные исследования.
Затем был создан еще один робот, вес которого составлял много больше, чем у водомерки — 11 граммов вместо долей грамма. Он способен передвигаться по воде и делает это довольно быстро — вплоть до 5 км/ч, что сравнимо со скоростью ходьбы взрослого человека.
Ну и еще один показательный пример — робот-водомерка, созданный объединенной командой исследователей из Южной Кореи и США. Этот робот очень сильно напоминает водомерку, размер его составляет около 7 см вместе с «лапками».
Он не только передвигается по поверхности воды, но еще и прыгает, причем довольно высоко.
Область применения роботов-водомерок — поисково-спасательные операции, изучение физико-химических свойств воды, мониторинг загрязнений и т.п.
Плавучесть предметов: выталкивающая сила при погружении тела в жидкую или газовую среду
Явление при котором тело в силу действия выталкивающей силы, направленной вверх, не тонет при погружении в жидкости или газы — называют плавучестью. Выталкивающая сила является при этом уравновешивающей силой, которая действует противоположно силе тяжести. Здесь стоит отметить, что в качестве среды погружения может выступать не только жидкость, а также и газ, и даже металл!
Плавающие объекты на воде, под водой, в воздухе: корабли, подводные лодки и воздушные шары совершают свое движение благодаря балансу сил тяжести и выталкивания. Традиционно мы попытаемся простым языком без погружения в дремучие формулы объяснить природу плавучести предметов.
Закон архимеда и плавание тел
Любое тело на Земле падает вниз под воздействием силы тяготения и возникшей соответствующей силы тяжести, направленной вниз. Но, наверняка, все мы замечали, что при погружении предмета в воду — он становится легче. Значит, при погружении предметов в жидкости начинает действовать некая другая сила выталкивающего характера, направленная противоположно силе тяжести вверх.
Выталкивающая сила, противодействующая силе тяготения, называется архимедовой, в честь известного греческого ученого Архимеда, жившего в III веке до нашей эры. Согласно закона Архимеда, на любое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, величина которой эквивалентна весу тела.
Погружение тела в воду
Масса груши не изменяется при погружении в жидкость, но ее вес уменьшаеся на значение выталкивающей силы со стороны воды.
Далее представим себе куб бетона, масса которого составляет 3000 кг или 3 тонны. Из начального курса физики мы получаем вес (масса куба умноженная на ускорение свободного падение h=9,8) бетонного куба. Грубо это величина массы умноженная на 10. Итак вес бетонного куба P = 30000Н (Ньютон). Так вот, при погружении в воду данного объема бетона выталкивается вода массой 1000 кг или 1 тонна.
Противодействующая весу бетонного куба выталкивающая сила равна 10000Н. Именно на эту величину в конечном итоге уменьшается вес куба при полном погружении в воду. 30000Н-10000Н=20000Н. В этом и кроется весь эффект уменьшения веса тема ощущаемой нами под водой. Как видим из нашего эксперимента, при погружении тело потеряло одну третью часть своего веса.
Природа выталкивающей силы
Тела погруженные в любую текучую среду испытывают давление, направленное со всех сторон этой самой среды и величина которого увеличивается по мере погружения. Соответственно давление, которое оказывает среда на тело с неким перепадом высот, будет максимальным в нижней точки (плоскости) тела, а минимальным — в верхней. Направление сил давления на верхнюю плоскость и нижнюю соответственно противоположные.
Возвращаясь к нашему бетонному кубу, погруженного, к примеру, на глубину 1 м, на него действует силы давления со стороны воды с шести сторон. Посколько боковые стороны куба находятся на одинаковой глубине, то результирующих силы уравновешивает направленные друг к другу силы. Что же относительно сил давления на нижнюю и верхнюю плоскость? Здесь на верхнюю плоскость куба величина силы, направленная вниз, равна 10000Н, а на нижнюю плоскость направлена вверх сила величиной 20000Н. Выталкивающая сила равна разности сил действующих между нижней и верхней — 10000Н.
Почему тело плавает?
Плавающее тело, например судно, выталкивает объем воды из того пространства, ровно которое оно занимает вместо воды. Вес выталкиваемого объема воды равен весу судна. Плавучесть тела объясняется давлением воды.
Многие из нас задаются вопросом почему одни и те же тела с одинаковым объемом плавают, а другие нет, то есть тонут. Вышеупомянутый куб бетона в воде однозначно утонет, а вот куб древесины будет оставаться на плаву. Давайте возьмем деревянный куб массой 500 кг. Его вес составляв 5000Н. Согласно закона Архимеда деревянный куб вытеснит такой же объем воды, как и куб бетона — 1 м3. Масса вытесненной воды останется также неизменной — 1000 кг или 1 тонна. Оказывается плавучесть деревянного куба обусловлена тем, что результирующая выталкивающая сила больше чем вес древесины. Все просто, не так ли?
Но как на счет того, что плавающее тело, в частности наш деревянный куб, не полностью, а лишь частично погружен в воду? И воды при этом выталкивается на 1000 кг, а меньше. Этот эффект говорит как раз о уравновешивании выталкивающей силы и веса тела. Под водой находится та часть тела, которая способна создать силу выталкивания равной весу тела, находящегося над водой. Такой баланс сил и отвечает на вопрос почему тело плавает. Если начать сверху добавлять вес к плавающему телу, то объем вытесняемой жидкости растет с его выталкивающей силой растет прямо ровно на величину добавляемого веса. Как результат можно наблюдать все большее погружение тела под воду.
Подводная лодка состоит из водонипроницаемого корпуса, под обшивкой которого расположены цистерны с балластом. При заполненных водой цистернах лодка погружается. Под водой лодка находися во взвешенном состоянии — она не тонет и не всплывает. Когда необходимо всплыть, в балластные цистерны закачивается воздух, который вытесняет воду наружу.
Отметки на борту судна показывают, сколько груза оно способно принять для безопасного плавания. Степень погруженности судна зависит, в частности, от плотности воды, в которой оно находится.
Зависимость плавучести от плотности тела
Итак, мы выяснили, что в зависимости от того будет ли выталкивающая сила больше или меньше веса тела, является свойство его плавучести.
Если выталкивающая сила больше — тело плавает, если меньше — тонет.
Прямой связью того, будет ли тело плавать, является отношением плотности среды к плотности тела, погружаемого в эту самую среду (жидкую или газовую). Вспоминаем курс физики, — плотность тела есть отношение его массы к объему. В наших экспериментах были использовались такие вещества с соответствующими плотностями: бетон — 3000 кг/м3, дерево — 500 кг/м3 и вода 1000 кг/и3. А как же корабли, которые в большей своей массе сделаны из металлов, плотность которых существенно превышает плотность воды?
И в результате в расчетную часть плотности входит этот самый объем воздуха полой части. В итоге результирующая часть выталкивающей силы больше веса тела.
Ареометр — прибор для измерения плотности жидкости. Чем больше плотность жидкости, тем больше выталкивающая сила, и тем выше всплывает корпус прибора.
Все вышеописанное касается не только жидких сред, но и газовых. Возьмем всеми любимые воздушные шары. Они тоже плавают, но только в воздухе. Воздух нагретый горелкой внутри шара имеет меньшую плотность, чем окружающий воздух меньшей температуры. В результате воздушный шар отрывается от земли. Что жа на счет волшебства моментально взлетающих шаров, наполненных газом под названием гелий? Здесь опять же все дело в разности плотности газов гелия и воздуха. Плотность гелия меньше воздуха, поэтому лини с легкостью взлетают на праздничные мероприятия в воздух.
Источник https://platinum-antifreeze.ru/raznoe/kak-nazyvaetsya-dovolno-legkij-metall-sposobnyj-plavat-na-poverhnosti-vody.html
Источник https://habr.com/ru/company/selectel/blog/567024/
Источник https://www.sciencedebate2008.com/plavuchest-predmetov-vytalkivayushchaya-sila-pri-pogruzhenii-tela-v-zhidkuyu-ili-gazovuyu-sredu/