Плавание тел

Плавание — это способность тел удерживаться на поверхности жидкости или погружаться в неё с определенной степенью, обусловленная взаимодействием сил тяжести и выталкивающей силы.

Закон Архимеда

Основной закон, описывающий плавание, — закон Архимеда:

На тело, погруженное в жидкость, действует со стороны жидкости выталкивающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости.

Обозначим:

• V_погр — объем погруженной части тела,
• ρ_жидк — плотность жидкости,
• g — ускорение свободного падения.

Тогда выталкивающая сила:

F_выт = ρ_жидк ⋅ g ⋅ V_погр

Условия плавания тела

Рассмотрим тело массой m и объемом V. Вес тела:

F_тяж = mg = ρ_телаVg

где ρ_тела — плотность тела.

• Плавание на поверхности: тело плавает, если выталкивающая сила равна весу тела:

F_выт = F_тяж ⟹ ρ_жидкV_погр = ρ_телаV

• Полное погружение без плавучести: если ρ_тела > ρ_жидк, тело тонет.
• Плавание на поверхности с частичным погружением: если ρ_тела < ρ_жидк, тело частично погружено в жидкость.

Устойчивость плавания

Устойчивость положения тела на поверхности определяется взаимным расположением центра тяжести тела G и центра тяжести вытесненной жидкости C:

• Если центр тяжести вытесненной жидкости находится выше центра тяжести тела, положение устойчиво.
• Если ниже — тело будет опрокидываться.

Примеры и применение

• Плавание кораблей, подводных лодок — управление плавучестью через изменение объема вытесненной жидкости.
• Балластирование — изменение массы или объема для поддержания устойчивого положения.
• Легкие тела (дерево, пробка) плавают практически полностью на поверхности, тяжелые (металлы) тонут.

---

Важные понятия и формулы

Понятие	Формула	Описание
Давление насыщенного пара	Зависит от температуры (экспоненциально)	Определяет температуру кипения при данном давлении
Теплота парообразования	L = Q/m	Количество тепла на парообразование единицы массы
Закон Архимеда	Fвыт = ρgVпогр	Выталкивающая сила жидкости
Условие плавания	ρжидкVпогр = ρтелаV	Определяет частичное погружение тела

---

Таким образом, процессы кипения и конденсации представляют собой фундаментальные фазовые переходы жидкости и пара, а плавание тел — классическое проявление взаимодействия гравитационных и гидростатических сил в жидкостях. Понимание этих явлений лежит в основе множества практических приложений и научных исследований в физике жидкости и газа.