Твердые вещества.
Расстояние между частицами (молекулам или атомами) сравнимы с размерами частиц. Взаимное притяжение друг к другу позволяет сохранять и объем и форму, но ограничивает подвижность частиц колебаниями около положения равновесия. Из-за этого (относительно большие расстояния и малые скорости) потенциальная энергия частиц значительно больше их кинетической энергии.
Жидкие вещества.
Расположены впритык друг к другу (это называется ближний порядок упорядоченности), поэтому практически не сжимаемы (а куда сжимать, если они и так вплотную?) Подвижность больше чем в твердых телах - они могут меняться местами, скользить из слоя в слой. Поэтому объем сохраняется, форма нет. Потенциальная и кинетическая энергия частиц сравнимы, хотя потенциальная энергия частиц все же больше кинетической.
Газообразные вещества.
Расстояния между молекулами значительно превышают размеры частиц. Хаотически двигаются со значительными скоростями, сталкиваются, не сохраняют ни форму ни объем. Заполняют весь предоставленный объем, легко сжимаемы. Кинетическая энергия много больше потенциальной. Взаимодействие в основном за счет столкновений.
З власного досвіду ви знаєте, що у воді підняти камінь значно легше, ніж коли він лежить на березі, тому що у воді на до приходить виштовхувальна сила.
Закон, за яким можна розраховувати виштовхувальну силу, що діє на занурене в рідину тіло, відкрив давньогрецький вчений Архімед.
Тому виштовхувальну силу часто називають силою Архімеда (FA).
Сила Архімеда зумовлена тим, що тиск рідини збільшується з глибиною (на нижню поверхню зануреного в рідину тіла рідина тисне з більшою силою, ніж на верхню, унаслідок цього рівнодійна сил тиску рідини на всі ділянки поверхні тіла напрямлена вгору - ця рівнодійна і є силою Архімеда).
Унаслідок занурення у воду тіла, підвішеного до пружинних ваг, їх покази зменшаться завдяки виштовхувальній силі: коли кажуть, що занурене у воду тіло «втрачає у вазі», насправді, звичайно, ніякої «втрати у вазі» немає (вага тіла, що перебуває у спокої, завжди дорівнює силі тяжіння), але внаслідок занурення тіла у воду (часткового або повного) вага тіла перерозподіляється між підвісом — вагами і опорою — водою (тому показ ваг дорівнює різниці між вагою тіла та модулем виштовхувальної сили). Тільки із цим застереженням можна умовно назвати показ ваг «вагою тіла у воді». Це так зване гідростатичне зважування, його можна застосовувати, коли густина тіла більша за густину рідини, щоб тіло тонуло у рідині (визначити відношення густини тіла до густини рідини за формулою , це співвідношення дозволяє знайти N3густину тіла, якщо відома густина рідини, або знайти густину рідини, якщо відома густина тіла).
Спочатку з’ясуємо, чому на будь-яке тіло, занурене в рідину, діє сила Архімеда. Тиск у кожній точці рідини передається однаково в усіх напрямках і залежить від глибини. Розглянемо сили тиску, які діють у рідині на всі поверхні зануреного в неї тіла.
Нехай тіло має форму прямокутного паралелепіпеда На верхню грань тіла діє тиск p1 = рр ghl стовпчика рідини висотою h1. Сила тиску на цю поверхню з боку рідини становить F1 = p1S = рр gh1S де рр — густина рідини; S — площа поверхні тіла. Ця сила направлена вертикально вниз.
Тиск рідини на бічні грані змінюється з глибиною. Але на одному й тому самому рівні він однаковий. Тому сили тиску F, які діють на бічні поверхні, однакові й протилежно направлені, а їх рівнодійна дорівнює 0.
Нижня поверхня знаходиться на глибині h2. Її площа така сама, як і верхньої грані. На нижню поверхню тіла діє сила F2 = p2S = рр gh2S, яка направлена вертикально вгору. Оскільки нижня поверхня знаходиться глибше ніж верхня (h2 > h1), а їх площі однакові, то сила F2 більша за силу F1. Їх рівнодійна дорівнює різниці цих сил і направлена вгору. Рівнодійна сил тиску рідини на нижню та верхню грані тіла і є тією результуючою силою, що виштовхує (або намагається виштовхнути) тіло з рідини:
FA = F2 – F1 = p2S - p1S = рр gh2S - рр gh1S = ρрg(h2 — h1)S = ρрg Vт
Як видно з мал. h2 — h1 = h — висота прямокутного паралелепіпеда, а (h2 — h1) S = Vт — його об’єм. Остаточно можна записати, що
