1.5.3. Архимедова сила, объяснение причины ее возникновения. Условие плавания тел

Архимедова (выталкивающая) сила – сила, действующая со стороны жидкости или газа на любое погруженное в них тело.

Архимедова сила направлена вертикально вверх.

Причина возникновения архимедовой (выталкивающей) силы: возрастание давления внутри жидкости или газа с глубиной погружения и появление в связи с этим результирующей всех сил, действующих на отдельные элементы поверхности тела, направленной вертикально вверх.

Закон Архимеда: на любое погруженное в жидкость или газ тело действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости или газа в объеме погруженной части тела.

Формула для расчета архимедовой (выталкивающей) силы: , где –плотность жидкости, – ускорение свободного падения, – объем погруженной в жидкость части тела (или объем всего тела, если оно погружено полностью).

Условие плавания тел: равенство модулей силы тяжести и архимедовой силы.

1.5.4. Движение жидкости по трубам. Зависимость давления жидкости от скорости ее течения по трубопроводу

Идеальная жидкость (газ) – жидкость (газ) при условии, что силами внутреннего трения в ней (в нем) можно пренебречь.

Ламинарное (стационарное) течение – течение жидкости (газа) при условии, что ее скорость и давление в каждой точке потока не меняются со временем.

Турбулентное (вихревое) движение – течение жидкости (газа) при невыполнении условия ламинарности.

Соотношение для стационарного движения несжимаемой жидкости (газа):

; , где – объем жидкости (газа), прошедшей через i-ое сечение потока (трубы), – скорость жидкости (газа) в i-ом сечении потока (трубы), – площадь i-ого сечения, n – число сечений.

Закон Бернулли: давление жидкости (газа) при ее (его) стационарном течении больше в том сечении, в котором скорость меньше и наоборот.

Уравнение Бернулли: , где р₁ и р₂ – давление жидкости в первом и во втором сечении, h₁ и h₂ – высота центра масс жидкости в первом и во втором сечении над некоторым нулевым уровнем, и – скорость жидкости в первом и во втором сечении соответственно.

2. Молекулярная физика. Тепловые явления

2.1. Основы молекулярно-кинетической теории

2.1.1. Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытное обоснование. Диффузия, броуновское движение. Моль, число Авогадро, молярная масса. Масса и размеры молекул. Взаимодействие молекул.

Молекулярно-кинетическая теория – учение, объясняющее строение и свойства тел наличием, характером движения и взаимодействия мельчайших частиц, из которых состоят тела.

Основные положения МКТ: 1) все тела состоят из частиц – молекул, атомов, ионов (в состав атомов входят более мелкие частицы); 2) атомы, молекулы и ионы находятся в непрерывном хаотическом движении; 3) между частицами любого тела существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания.

Опытное обоснование основных положений МКТ: 1) явление диффузии; 2) броуновское движение; 3) особенности строения и свойства жидкостей и твердых тел; 4) исследования в области физики элементарных частиц.

Диффузия – явление взаимного проникновения смешивающих веществ.

Объяснение диффузии: атомы (молекулы) одного вещества в результате теплового движения проникают в межатомное (межмолекулярное) пространство другого вещества.

Наиболее интенсивно диффузия протекает в газах, менее интенсивно в жидкостях, и очень медленно в твердых телах. Разная интенсивность диффузии в газах, жидкостях и твердых телах объясняется различным характером движения и взаимодействия атомов (молекул) этих веществ.

Броуновское движение – непрерывное хаотическое движение частиц, взвешенных в жидкости или газе.

Объяснение броуновского движения: нескомпенсированность по величине и направлению ударов о взвешенную частицу атомов (молекул) жидкости или газа, участвующих в тепловом движении.

Количество вещества – физическая величина, определяемая числом специфических элементов (молекул, атомов, ионов), из которых состоит вещество.

Единица количества вещества – 1 моль.

Моль – количество вещества, содержащее столько же структурных элементов (атомов, молекул), сколько их содержится в углероде массой 12 г (0,012 кг).

Число Авогадро – число атомов (молекул или других структурных единиц), содержащихся в одном моле вещества (N_a = 6,022∙10²³ моль^-1 = 6,022∙10²⁶кмоль^-1).

Молярная масса – масса вещества, взятого в количестве 1 моль.

Молярная масса какого-либо химического элемента определяется по таблице Менделеева следующим образом: относительная атомная масса элемента умножается на коэффициент 0,001 кг/моль ( m_отн.· 0,001 кг/моль).

Масса молекулы может быть определена по формуле: , где  – молярная масса вещества, N_A – число Авогадро.

Размеры (диаметры) молекул (атомов) чрезвычайно малы (~10^-10м).

Количество вещества можно определить из двух выражений: ; v = N/N_A, где m – масса вещества, N – количество атомов (молекул).

Особенности взаимодействия молекул: 1) отталкивание на расстояниях порядка линейных размеров самих молекул; 2) притяжение при удалении их друг от друга.