Teorija

Svars_udeni_a.png
 
Ikdienas pieredze mums parāda, ka ķermeņi šķidrumā kļūst vieglāki - tie zaudē daļu sava svara. Kāpēc tas notiek, mēģināsim saprast, izmantojot zināšanas par spiedienu šķidrumos (hidrostatisko spiedienu) un spiediena spēku - spēku, kas darbojas uz visu ķermeņa virsmu.
 
Tā kā augšējie šķidruma slāņi smaguma spēka iedarbībā spiež uz apakšējiem, tad, jo dziļāk atrodamies šķidrumā, jo lielāks tur ir šķidruma radītais spiediens. Tā vērtību aprēķina pēc formulas p=ρšķgh, kur ρšķ - šķidruma blīvums, h - atrašanās dziļums un g - brīvās krišanas paātrinājums.
 
Spiediena spēku F var aprēķināt, zinot spiedienu p un virsmas laukumu S, uz kuru šis spiediens darbojas:
 
F=pS
 
Taisnstūra paralēlskaldni iegremdēsim šķidrumā.
 
Farhimeda celonis.png
 
Šķidrums radīs spiediena spēku uz visām ķermeņa skaldnēm. Uz pretējām sānu skaldnēm radītie spiediena spēki viens otru kompensēs. Citādi ir ar augšējo un apakšējo skaldni. Uz apakšējo skaldni radītais spiediena spēks ir vērsts uz augšu un aprēķināms pēc sakarības
 
F2=p2S=ρšķgh2S.
 
Uz augšējo skaldni radītais spiediena spēks vērsts uz leju un aprēķināms pēc formulas:
 
F1=p1S=ρšķgh1S, kur S ir augšējās un apakšējās skaldnes laukums.
 
Tā kā h2>h1, tad arī F2>F1 , un parādās nekompensēts spēks, kurš vērsts augšup.
 
Šo rezultējošo, nekompensēto spiediena spēku sauc par Arhimēda spēku.
  
 FA=F2F1=ρšķgh2Sρšķgh1S=ρšķgS(h2h1)=ρšķgSH=ρšķgV, kur V ķermeņa tilpums.
 
Ja ķermenis nav pilnībā iegremdēts šķidrumā, tad formulā FA=ρšķgV  lietojam tikai ķermeņa šķidrumā iegrimušās daļas tilpumu.
 
Reizinājums ρšķV dod ķermeņa izspiestā šķidruma masu m. Savukārt masas reizinājums ar g dod izspiestā šķidruma smaguma spēku, un mēs nonākam pie Arhimēda likuma formulējuma.
Uz šķidrumā vai gāzē iegremdētu ķermeni darbojas vertikāli augšup vērsts spēks, kas skaitliski vienāds ar ķermeņa izspiestā šķidruma vai gāzes smaguma spēku:
FA=ρšķgV
Svarīgi!
Zināšanai:
  
  1. Arhimēda spēks darbojas arī gāzēs. Tomēr gaisa blīvums ir gandrīz 1000 reižu mazāks par ūdens blīvumu un atbilstošais gaisa radītais Arhimēda spēks arī ir 1000 reižu mazāks nekā ūdenī. Šo niecīgo cēlējspēku parasti neievērojam. Tas kļūst nozīmīgs gaisa balonu un dirižabļu lidojumos.
     
  2. Bezsvara stāvoklī Arhimēda spēks nedarbojas, jo šķidrumam bezsvara stāvoklī spiediens visos punktos ir vienāds.