Физика

В гидростатике изучается равновесие жидкости и механическое воздействие покоящейся жидкости на погруженные в нее тела.

Давление — это скалярная физическая величина, численно равная модулю силы, действующей перпендикулярно выделенной поверхности, на единицу площади этой поверхности:

$p=\frac{F\cos \alpha }{S}$,

где F — модуль силы, действующей на поверхность площадью S; α — угол между векторами силы и нормали (перпендикуляра) к поверхности.

Давление жидкости на стенки сосуда — это скалярная физическая величина, численно равная модулю силы, действующей в направлении нормали на единицу площади поверхности со стороны молекул жидкости:

$p=\frac{\langle F\rangle \cos \alpha }{S}$,

где $\langle F\rangle$ — модуль средней силы, действующей со стороны молекул жидкости на стенку.

В отсутствие тяготения давление жидкости на любую из стенок сосуда одинаково.

Гидростатическое давление — это давление покоящейся жидкости (ее молекул) на дно и стенки сосуда, вызванное действием поля тяготения Земли.

Механизм появления гидростатического давления связан с возникновением дополнительной вертикальной составляющей скорости у молекул жидкости из-за притяжения их Землей.

Давление жидкости в любой ее точке определяется высотой столба жидкости над этой точкой и ее плотностью:

p = ρ₀gh,

где ρ₀ — плотность жидкости; g — модуль ускорения свободного падения; h — высота столба жидкости над указанной точкой.

Гидростатический парадокс: сила давления жидкости на дно сосуда может не совпадать с весом налитой в сосуд жидкости.

Объяснение гидростатического парадокса заключается в том, что в сосуде с наклонными стенками существует вертикальная составляющая силы давления жидкости на стенки, компенсирующая избыток или недостаток веса жидкости на дно сосуда.

Сила Архимеда — это выталкивающая сила, действующая на всякое тело, погруженное в жидкость (или газ), численно равная весу вытесненной им жидкости (или газа):

$F_{\text{А}}={\rho }_{\text{0}}g{V}^{\prime }$,

где $V^{\prime }$ — объем погруженной в жидкость (или газ) части тела.

Точка приложения силы Архимеда совпадает с центром тяжести жидкости (или газа), которая заполняла бы объем, занятый погруженным нее телом. Сила Архимеда представляет собой равнодействующую сил давления, действующих со стороны жидкости (или газа) на помещенное в нее (в него) тело.

Подъемная сила — это равнодействующая силы тяжести и силы Архимеда:

${\overrightarrow{F}}_{\text{под}}={\overrightarrow{F}}_{\text{А}}+m\overrightarrow{g}$,

где $m\overrightarrow{g}$ — сила тяжести; m — масса тела; $\overrightarrow{g}$ — ускорение свободного падения.

Величина подъемной силы определяется разностью:

F_под = F_A − mg.

Если величина подъемной силы

• положительная, то тело плавает на поверхности жидкости, частично погрузившись в нее;
• отрицательная — тело тонет;
• равна нулю — тело находится в состоянии безразличного равновесия (плавает на любой глубине).