Закон Архимеда. Основное свойство плавания тел
Закон Архимеда формулируется следующим образом[1]: на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа). Сила называется силой Архимеда:
где 
— плотность жидкости
(газа), 
— ускорение
свободного падения,
а 
—
объём погружённого тела (или часть
объёма тела, находящаяся ниже поверхности).
Если тело плаваетна
поверхности или равномерно движется
вверх или вниз, то выталкивающая сила
(называемая также архимедовой силой)
равна по модулю (и противоположна по
направлению) силе тяжести, действовавшей
на вытесненный телом объём жидкости
(газа), и приложена к центру
тяжести этого
объёма.
Виды движения жидкости
Течение жидкости может быть неустановившимся (нестационарным) или установившимся (стационарным).
Неустановившееся движение – такое, при котором в любой точке потока скорость движения и давление с течением времени изменяются, т.е. w и P зависят не только от координат точки в потоке, но и от момента времени, в который определяются характеристики движения.
Примером неустановившегося движения может являться вытекание жидкости из опорожняющегося сосуда, при котором уровень жидкости в сосуде постепенно меняется (уменьшается) по мере вытекания жидкости.
Установившееся движение – такое, при котором в любой точке потока скорость движения и давление с течением времени не изменяются, т.е. w и P зависят только от координат точки в потоке, но не зависят от момента времени, в который определяются характеристики движения.
Пример установившегося движения - вытекание жидкости из сосуда с постоянным уровнем, который не меняется (остаётся постоянным) по мере вытекания жидкости.
Установившееся движение подразделяется на равномерное и неравномерное.
Равномерное движение характеризуется тем, что скорости, форма и площадь сечения потока не изменяются по длине потока. Неравномерное движениеотличается изменением скоростей, глубин, площадей сечений потока по длине потока.
Течение жидкости может быть напорным и безнапорным. Напорное течение наблюдается в закрытых руслах без свободной поверхности. Напорное течение наблюдается в трубопроводах с повышенным (пониженным давлением). Безнапорное - течение со свободной поверхностью, которое наблюдается в открытых руслах (реки, открытые каналы, лотки и т.п.).
Плавноизменяющееся движение. «Плавноизменяющееся движение», характеризуется следующими свойствами: 1) кривизна линий тока в потоке весьма мала; 2) угол расхождения между отдельными струйками достаточно мал; в силу чего живые сечения струек или потока можно полагать плоскими.
Основные элементы потока
Линия тока — это элементарная струйка потока, площадь поперечного сечения которой бесконечно мала. Поток состоит из пучка струек (рис. 7,г).
Площадь живого сечения потока w (м2) — это площадь поперечного сечения потока, перпендикулярная линиям тока (см. рис. 7,г).
Расход потока q (или Q) — это объём жидкости V, проходящей через живое сечение потока в единицу времени t :
q = V/t.
Единицы измерения расхода в СИ м3/с, а в других системах: м3/ч , м3/сут, л/с.
Средняя скорость потока v (м/с) — это частное от деления расхода потока на площадь живого сечения :
v = q/w .
Отсюда расход можно выразить так:
q = vw .
Скорости потоков воды в сетях водопровода и канализации зданий обычно порядка 1 м/с.
Следующие два термина относятся к безнапорным потокам.
Смоченный периметр c (м) — это часть периметра живого сечения потока, где жидкость соприкасается с твёрдыми стенками. Например, на рис. 7,в величиной cявляется длина дуги окружности, которая образует нижнюю часть живого сечения потока и соприкасается со стенками трубы.
Гидравлический радиус R (м) — это отношение вида
R = w /c ,
которое применяется в качестве расчётного параметра в формулах для безнапорных потоков.