Последовательное Погружение тела В несколько слоёв жидкостей или газов с разной плотностью

 

 

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 распространённого 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.