Как применяют закон Архимеда

В настоящее время в физике не сформулирован закон Архимеда. В учебниках физики под названием закона Архимеда изучается правило Архимеда для определения выталкивающей силы. Вывод полного закона Архимеда изложен на http://sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9433.html/ и сайте  http://Drjukow.narod.ru/ .

В учебниках по физике вы не найдёте самого рас случая применения закона Архимеда -  последовательного погружения тела в несколько слоёв жидкости или газа с разной плотностью. Применение закона Архимеда для этого случая впервые рассмотрено в данной работе.

При подъёме с глубины любой погружаемый аппарат всегда проходит несколько слоёв жидкости с разной плотностью. При этом происходит уменьшение  архимедовой силы, компенсируемое из запаса плавучести. Если запас плавучести  недостаточен, то всплытия не произойдёт. Правильный алгоритм вычисления архимедовой силы, опубликованный в изложении полного закона Архимеда, позволяет этого избежать.  Данная публикация является продолжением изложения полного закона Архимеда http://sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9433.html/.

Сначала выведем основное уравнение (формулу) закона Архимеда для  последовательного погружения тела в несколько () сред с разной плотностью. Уровень с большой плотностью (холодная вода в глубине) обозначим , уровень с меньшей плотностью (тёплая вода у поверхности) обозначим . На плотность воды оказывает влияние температура, концентрация растворённых солей и взвесей.

При рассмотрении общего случая последовательного погружения тела в несколько слоёв газа или жидкости с разной плотностью, достаточно рассматривать два соседних уровня, через границу которых проходит погруженное тело. Архимедова сила формируется именно при прохождении тела такой границы.

При полном погружении тела в жидкость с большей плотностью на уровне  уравнение погружения будет уравнением погружения для одной среды:

,                        (1)

Где  - максимально возможная архимедова сила на уровне ,

- архимедова сила на уровне ,

- запас плавучести на уровне .

Рис. 1. Полное погружение тела в слой жидкости с большей плотностью .

При полном погружении тела в жидкость с меньшей плотностью на уровне   уравнение погружения будет также уравнением погружения для одной среды:

,              (2)

Где  - максимально возможная  архимедова сила на уровне ,

- архимедова сила на уровне .

- запас плавучести на уровне .

Рис.2 Погружение тела в слой жидкости с меньшей плотностью.

При погружении тело переходит из слоя  в слой . При этом  архимедова сила увеличивается на величину переходной архимедовой силы.

,            (3)

Переходная архимедова сила равна разности запасов плавучести в слоях с разной плотностью.

,                         (4)

Рис.3.  При погружении тела добавляется переходная архимедова сила .

При всплытии наблюдается обратный процесс, и запас плавучести уменьшается на величину .

Этот феномен хорошо известен подводникам. Он  даёт возможность лежать погружаемым аппаратам на так называемом «жидком дне», на границе холодной и тёплой воды.

При частичном погружении тела в более плотную жидкость в слое , переходная архимедова сила  вычисляется по общепринятой формулировке закона Архимеда с учётом того, что плотность виртуальной выталкивающей жидкости равна разности плотностей в слоях  и .

Из уравнения (3), видно, что при всплытии  погруженного тела максимальная архимедова сила уменьшается, и её нужно пополнять из запаса плавучести погружаемого аппарата. На практике может возникнуть ситуация, когда требуемая переходная архимедова сила больше, чем запас плавучести. В этом случае погруженное тело никогда не перейдёт границы двух сред с разной плотностью, и не всплывёт.

2. Экранирование части нижней поверхности погруженного тела от архимедовой силы

Вычисление архимедовой силы во втором сложном случае применения закона Архимеда является для подводников ещё большей загадкой, чем предыдущий случай.

При погружении на мягкий грунт может создаться эффект присасывания (экранирования от архимедовой силы). В этом случае всплытия погружаемого аппарата может не произойти. Это один из самых загадочных физических эффектов, поскольку известное изложение закона Архимеда не может объяснить этот эффект.  

Экранирование от силы Архимеда происходит в том случае, когда  часть нижней поверхности выталкиваемого тела  каким – то образом экранируется от давления жидкости. Если мы поместим в стакан с водой, например, куб из парафина, то в нормальных условиях он всплывёт. Однако, если мы плотно прижмём его к плоскому дну сосуда, то он  потеряет возможность к всплытию, поскольку вода не сможет проникнуть между дном стакана и парафином. Такой же эффект возникает в случае пробки в ванне. Какой бы лёгкий материал мы не применяли, пробка в ванне не всплывёт, если под ней будет воздух.

Полный закон Архимеда позволяет понять, что происходит в процессе  присасывания нижней поверхности погруженного тела. В этом случае  на экранированной поверхности не формируется максимально возможная архимедова сила .

Объяснение: