Архимедова сила
Что такое архимедова сила, удерживающая тела на воде, и что ее порождает?
Эту силу порождает сила тяжести воды, окружающей тела, погруженные в жидкость. Верхние слои воды давят на нижние, а давление в жидкости, как известно из закона Паскаля, передается одинаково во все стороны. Следовательно, вода давит и на верхние, и на нижние, и на боковые части тела. Величина же этого давления зависит от высоты столба воды. Чем глубже расположена поверхность тела, тем большее давление испытывает она со стороны жидкости. Вследствие этого сила давления, действующая на нижнюю поверхность тела и направленная вверх, всегда больше силы давления, действующей на верхнюю поверхность тела и направленной вниз. Таким образом, результирующая этих двух сил давления, равная разности, направлена вверх. Эта результирующая и есть архимедова сила.
В сочинении Архимеда «О плавающих телах» в «Предложении 5» сказано: «Тело, более легкое, чем жидкость, будучи в ней помещено, погружается настолько, что вес вытесненной жидкости равен весу тела». А в «Предложении 5» «Тело, которое тяжелее жидкости, будучи погружено в эту жидкость, идет ко дну и, будучи взвешено в самой жидкости, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость».
Впоследствии эти «Предложения» Архимеда были положены в основу судостроения и получили название закона Архимеда, который можно сформулировать так: тело, погруженное в жидкость, выталкивается кверху с силой, равной силе тяжести вытесненной им жидкости.
То, что сила тяжести судна, плавающего на поверхности воды, равна силе тяжести воды, вытесненной подводной частью судна, становится очевидным из следующего рассуждения. Мысленно выделим у поверхности воды некоторый ее объем, а затем мысленно же заменим воду в этом объеме корпусом судна (корпус судна в своей нижней части имеет те же размеры и форму, что и выделенный объем воды). Если при этом общее равновесие в воде не нарушилось, то очевидно, что все действующие в ней силы остались теми же, как и до замены объема воды судном. При этом и сила тяжести судна должна быть равной силе тяжести воды, замененной судном, а вертикальное давление окружающей воды на корпус судна должно оставаться таким же по своей величине, как и до замены выделенного объема корпусом судна. Это давление и есть архимедова сила. В судостроении ее называют силой поддержания или силой плавучести. Те же рассуждения могут быть применены и к подводному судну.