Куда приложена архимедова сила?

В ролике рассматривается простой приём, позволяющий находить равнодействующую сил давления, действующих на тело со стороны покоящегося газа или жидкости.

Наш канал с дополнительными материалами

Новосибирский Государственный Университет
Физический факультет НГУ

[hunter-kmtn]

Сила архимеда приложена к центру тяжести вытесненной жидкости, а сила тяжести приложена к другой точке (к центру тяжести самого тела). Если эти силы будут лежать на разных линиях действия, то возникнет момент силы, пытающийся повернуть тело до тех пор, пока силы не окажутся на одной линии действия.

[ihrvmro]

Вообще говоря у нас есть два центра масс - центр масс вытесненной воды и центр масс самого тела. Они могут не совпадать. Разница в этих центрах создает вращающий момент.

[Serwius]

Результирующая сила Архимеда не действует в доль прямой проходящей через центр масс, а действует вдоль прямой проходящей через центр давления, при этом тело произвольной формы брошенное в воду начинает вращаться, так как как центр масс и центр давления это разные понятия, эти точки одного тела могут не совпадать и между линиями действия этих сил возникает плечо к одному концу которого приложен вес а к другому сила Архимеда, этот крутящий момент и вращает тело в воде до тех пор, когда плечо между силами не будет =0, то есть пока центр масс и центр давления не будут на одной прямой, вдоль которой силы будут действовать противоположно.

[KeHek]

Почему сила Архимеда приложена именно к центру масс вытесненной жидкости? То что приложена по прямой, это понятно. Но если теперь наше водянистое тело повернуть, то оно должно остаться в покое. Однако если сила тяжести и Архимеда приложены к разным точкам, возникнет момент сил, пытающийся развернуть тело обратно. А с чего бы вдруг?

[alexandrlyubshov]

Как всегда отличное видео, про момент силы уже все написали, так что повторять не буду)
Всем хорошего дня

[genin]

Класс! Вот и доказательство формулы силы Архимеда и разница между центром масс корабля и центром давления воды. Так просто.

[Evgeniy__Kuzmin]

В чем смысл прикладывать архимедову силу к центру масс?
Смысл прикладывать к центру масс(к центру тяжести) произвольного "кусочка" воды в том, что суммарное всех выталкивающих и "вталкивающих" сил будет приложено равно также как и суммарная сила тяжести действующая на этот "кусочек". Можно произвольно взять такой "кусочек воды" чтоб его центр тяжести был вне этого кусочка, но и сила архимедова будет действовать равнозначно и этот кусочек так и останется в равновесии, но и для тел с разной плотностью это правило работать будет, некоторые тела под водой(жидкостью) разворачиваются в состояние равновесия всех сил. Например неваляшка и под водой будет стремиться принять вертикальное положение, даже если у нее будет нейтральная плавучесть.

[myzogvu]

Так вот интерестное размышление может прийти в голову. Если есть две системы сил. Одна система связана с другой. И если в первой стремление к равновесию приводит к дисбалансу во второй то вторая придя в движение заставит первую искать новое равновесное положение. Первая система придя в равновесие снова приведёт к дисбалансу вторую систему. И так до бесконечности. Возникает вопрос. А что создаёт равновесие в первой системе? Гравитация. Она же рулит и во второй системе. 😀

[Denis_Lvov]

Спасибо за традиционно хороший ролик. Есть предложение, тему можно красиво продолжить, например, задавшись вопросом: "а что будет если в шарик жидкости в невесомости поместить пузырек газа?" Архимедова сила ведь никуда не денется. Только вот куда будет "всплывать" этот пузырек? К боковой поверхности или в центр. (экспериментальный ответ уже есть в видео космонавтов которые туда пихали таблетку шипучки), а вот теоретическое обоснование (в виде сил, как вы любите) будет приводить к куда большим последствиям чем кажется. Хороший повод подумать.

[nekrosof_kac]

Полагаю, что всплывать или тонуть тело будет в положении, как если бы его подвесили на нитке за центр тяжести.

[mkppbbu]

В гидростатике есть понятие "центра величины", - точки, куда и приложена сила Архимеда, и эта точка не всегда совпадает с точкой центра масс. И прямая между этими точками - метацентрическая высота - словно радиус-вектор будет вращаться в пространстве, если тело не будет в покое. А вот совмещать их, " раща" из одной точки, имеет смысл, полагаю, для простоты объяснения, если мы рассматриваем материальную точку, или предмет, подобный ей (полагая даже, что мы рассматриваем м.т. в пространстве, и считая радиус-вектор по всем направлениям равновеликим)

[alex_freeman]

Если приложить силу архимеда влюбой другой точке отличной от центра масс, то получим "вечное вращение" так как возникнет не нулевой момент сил

[myzogvu]

Смысл прикладывания силы тяжести и силы архимеда указывает на то, что в природе есть равновесие сил. И не важно какие тела, какую они имеют форму и в какую сторону они движутся. Всегда всё стремится к равновесию.

[ivankuznetsov]

Комментарий, комментарий, комментарий, комментарий.

[YuriyEliseev]

Если центры масс и Архимедовой силы не будут совпадать, то в разных участках водяного тела будут действовать разнонаправленные равнодействующие сил, возникнут внутренние течения, до тех пор пока форма участка воды не стабилизируется и центы масс и Архимедовой силы не совпадут.

[Hatali]

На вопрос незнаю ответа. Но пологаю, что падения тела будет через плотность воды и если тело погружать под углом не большим оно за счёт давления выровнется, а если увеличить угол, то тело либо перевернётся, либо под таким углом будет погружаться, создавая волны и колебание, что приводит к смещению ц.тяжести, и если тело твёрдое, то колебание воды по поверхности тела будет менять его положение, но если тело имеет сочленения или мягкое, то волны создаваемые при погружении будут складывать и вращать эт тело, ....до там много факторов давления и силы притяжения на цент тела какого либо. Незнаю. Наверное смещение от давления, волновое давление, плоскость тела, твёрдость тела на объем, Сили притяжения, ну и силу колебания тоже наверное надо учитывать. Запуталась 😁 добавлю пористость тела впитывает часть житклсти. Окончательно запуталась. 😳😁

[romanparpalak]

Давайте поймем, в чем смысл считать, что выталкивающая сила приложена к центру тяжести вытесненной воды. Из отсутствия вращения ясно, что выталкивающая сила действует вдоль той же линии, что и сила тяжести. В соседнем комментарии правильно предложили, что надо понаблюдать за поведением "водяного тела" при отклонениях: система должна остаться в состоянии (безразличного) равновесия. Но проводить рассуждения через повороты тела непросто, так как изменится распределение давления по поверхности, и точка приложения силы может измениться. Надо доказывать, что это не так.

Я предлагаю рассматривать (малые) изменения плотности, которые могут сдвигать положение центра тяжести из-за перераспределения воды, но которые не будут приводить к поворотам и к изменению силы Архимеда. Тогда ясно, что центр приложения сил Архимеда не может быть ниже центра тяжести. Иначе флуктуации плотности будут приводить к "дрожанию" центра тяжести и, в конечном итоге, самопроизвольному повороту "водяного тела", чего, конечно, не наблюдается. Осталось показать, что центр приложения сил Архимеда не может быть выше центра тяжести. Действительно, в этом случае мы могли бы, не нарушая устойчивого равновесия, поднять центр тяжести, скажем, мысленно уменьшая плотность воды в нижней части водяного тела и увеличивая в верхней. Но ясно, что поднятие центра тяжести увеличивает потенциальную энергию всей системы, и водяное тело как ее часть не может оставаться в состоянии устойчивого равновесия. Таким образом, условие равновесия требует того, чтобы выталкивающая сила была приложена именно к центру тяжести вытесненной жидкости.

Кстати, я не случайно писал везде "центр тяжести", а не "центр масс". Дело в том, что эти соображения остаются верными даже в случае неоднородного гравитационного поля, когда центр тяжести не совпадает с центром масс и, более того, смещается при перемещениях и поворотах тел.

[MrSago]

Дак смысл то с том, что силу Архимеда в большинстве случаев рассматривают для твердых плавающих тел. И для упрощения расчетов и прикладывают ее к центру масс, тем более ее направление (силы Архимеда) всегда противоположно силе тяжести. Так проще и удобнее вести расчеты. Исключения могут составлять лишь тела с сильно различной плотностью внутри себя, ну или на примере кораблей: с разной нагрузкой в разных местах. Тогда в случае расчета точек приложения силы Архимеда может быть несколько, что улучшит качество расчета.))) Ну как то так.

[ztwgdbh]

кусок воды утонул в такой же воде, это гениально.

[RobotN]

Смысл прикладывания силы Архимеда в центре масс "куска воды" (а точнее в центре тяжести? ведь чем ближе к планете, тем больше g в mg ) в том, чтобы виртуально вырезанное тело из воды продолжало быть неподвижным, и не поворачивалось из-за момента сил.