Формула закона Архимеда в физике
Формула закона Архимеда в физикеОпределение и формула закона Архимеда
Силу, которая действует на тело, находящееся в жидкости или газе называют выталкивающей силой. Существование этой силы обосновал и рассчитал ее величину ученый из древней Греции Архимед. Направлена эта сила вертикально вверх.
Вычислим величину силы Архимеда, которая действует на полностью погруженное в жидкость тело. Пусть высота этого тела равна $H$, площадь поперечного сечения $S$ (рис.1). Плотность жидкости, в которую погрузили тело ${\rho }_g$.
Силы, действующие на тело со стороны боковых поверхностей, $({\rm например,\ }\ {\overline{F}}_{1b}$ и ${\overline{F}}_{2b})$ попарно уравновешивают друг друга на одном горизонтальном уровне жидкости.
Над верхней поверхностью тела находится столб воды высотой $h_1$, он оказывает давление равное:
\[p_1={\rho }_ggh_1\left(1\right),\]
где $g=9,8\ \frac{м}{с^2}$.
Силу давления воды на верхнюю поверхность цилиндра вычислим как:
\[F_1={\rho }_ggh_1S\ \left(2\right).\]
Над нижней поверхностью тела высота столба жидкости равна $h_2$, значит, сила давления воды на нее составляет величину:
\[F_2={\rho }_ggh_2S\ \left(3\right).\]
Очевидно, что $F_2>F_1$. Разница между силами $F_2и{\ F}_1$ составляет силу выталкивания:
\[F_A=F_2-F_1={\rho }_ggS\ \left(h_2-h_1\right)={\rho }_ggSH={\rho }_ggV\ .\]
Мы получили, что сила Архимеда равна:
\[F_A={\rho }_gVg\ \left(4\right).\]
Выражение (4) можно назвать формулой закона Архимеда. Если тело частично погружено в жидкость, то V — часть тела, находящаяся в жидкости. Сила Архимеда оказывает свое действие на тела не только в жидкостях, но и газах, там, где существует гиростатическое давление.
Если обозначить массу жидкости, которая занимает объем, равный объему тела как $m_g={\rho }_gV$, то выражение (4) преобразуем к виду:
\[F_A=m_gg=P_g\ \left(5\right),\]
где $P_g$ — вес жидкости, которая занимает объем, равный объему тела находящийся в ней.
Закон Архимеда в современной формулировке: На любое тело, которое погружено в жидкость (газ), находящуюся в состоянии равновесия, действует со стороны жидкости (газа) сила выталкивания, равная произведению плотности вещества в котором находится тело, на ускорение свободного падения и на объем погруженной части тела.
Если погрузить в жидкость тело, то величина силы Архимеда не зависит от положения тела в жидкости. Сила выталкивания не зависит от вещества, из которого сделано, погруженное в жидкость тело, ни от глубины погружения тела (при полном погружении тела).
Из-за выталкивающей силы вес каждого тела в жидкости меньше, чем в воздухе. Уменьшение веса тела произойдет, если перенести тело из вакуума в любой газ. Если вес тела в вакууме равен $P$, то его вес в жидкости или газе равен:
\[P’=P-F_A\left(6\right).\]
Примеры задач на закона Архимеда
Пример 1
Задание. Чему равен объем тела, полностью погруженного в воду, если на него действует сила Архимеда, равная 100 Н?
Решение. 3$
Пример 2
Задание. Чему равна плотность жидкости, в которую погружают тело, если его вес в воде составляет $P$, а в неизвестной жидкости $P_1$? Масса данного тела $m,\ $плотность воды ${\rho }_v$.
Решение. Сделаем рисунок.
Из закона Архимеда мы знаем, что тело теряет в своем весе величину, равную модулю силы Архимеда, то есть:
\[mg-P_1=F_A\left(2.1\right),\]
где $P=mg$ — вес тела в воздухе.
Сила Архимеда равна:
\[F_A={\rho }_gVg\ \left(2.2\right).\]
Значит, изменения веса тела при погружении его в воду запишем как:
\[mg-P_1={\rho }_{g1}Vg\left(2.3\right).\]
При погружении того же тела в неизвестную жидкость получим:
\[mg-P_2={\rho }_{g2}Vg\left(2.4\right).\]
Из формулы (2.4) выразим плотность жидкости:
\[{\rho }_{g2}=\frac{mg-P_2}{gV}\left(2. 5\right).\]
Нам следует найти объем тела, мы его выразим из (2.3), получим:
\[V=\frac{mg-P_1}{g{\rho }_{g1}}\left(2.6\right).\]
Подставим результат (2.6)в выражение для плотности неизвестной жидкости (2.5):
\[{\rho }_{g2}={\rho }_{g1}\cdot \frac{mg-P_2}{mg-P_1}=\frac{mg-P_2}{mg-P_1}{\rho }_v.\]
Ответ. ${\rho }_{g2}=\frac{mg-P_2}{mg-P_1}{\rho }_v$
Читать дальше: формула коэффициента полезного действия.
236
проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности
Мы помогли уже 4 396 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!
Закон тождества (или принцип тождества) — это один из основных общелогических принципов (см. Логика), согласно которому в процессе рассуждения всякое суждение, выраженное в определённой форме высказывания и имеющее определённое истинностное значение, должно сохранять свою первоначальную форму и своё значение в некотором известном заранее или подразумеваемом контексте, то есть должно оставаться тождественным самому себе. Закон тождества относится к четырём так называемым основополагающим логическим законам Закон тождества подразумевает требование определённости мышления и выражает идею о том, что каждое высказывание является необходимым и достаточным условием своей собственной истинности. Поэтому законом тождества принято называть и принципы аналогичного содержания, относящиеся не к высказываниям, а к именам (A Закон тождества обычно формулируется как «всякое A есть A», или «всякий предмет есть то, что он есть», и выражается формулой A = A. Применение в этом выражении буквы A несущественно и обязано, по-видимому, особенности латинского алфавита; равным образом для выражения того же закона можно было бы писать Закон тождества содержит в себе несколько основных предписаний:
Впервые принцип тождества сформулирован Аристотелем, который отмечал, что «всё истинное должно во всех отношениях быть согласно с самим собой» (Аристотель. Сочинения, т. 2. — М., 1978, с. 185), в виде закона запрещения противоречий, но не закона тождества. Формула A есть A (A = A) для обозначения принципа тождества впервые использовалась Г. В. Лейбницем. Р. Декарт относит положение, согласно которому «немыслимо одновременно быть и не быть одним и тем же», к вечными истинам — к фундаментальным аксиомам научного познания. Д. Локк признает положение, согласно которому «одна и та же вещь не может быть и не быть», самоочевидным и несомненным (Локк Д. Онтологическое обоснование принципа тождества, для которого каждая вещь тождественна себе самой, было дано X. Вольфом: «То же самое сущее есть то самое сущее, которое является сущим. Или, иначе говоря, всякое A есть A» (Wolf Ch. Philosophia prima sive ontologia, 1736, § 55). Для И. Канта тождество познания с самим собой — формальный критерий истинности знания и принцип выведения всех истин. Он рассматривает аналитические суждения как те, в которых связь предиката с субъектом мыслится через тождество (Кант И. Сочинения, т. 3. — М., 1964, с. 111). И. Г. Фихте выводит принцип тождества A = A из первоначального акта деятельности Я: принцип Я = Я («Я есть») является основанием принципа тождества A = A. Положение A = A «признается за нечто совершенно достоверное и установленное» (Фихте И. Г. Сочинения, т. 1. — М., 1995, с. 283), «не положение A = A служит основанием для положения «Я есмь» а, наоборот, это последнее положение обосновывает собой первое» (Фихте И. Г. Сочинения, т. 1. — М., 1995, с. 287). Эта же линия различения формального и материального принципов и критики формального понимания принципа тождества A = A характерна и для Ф. В. Й. Шеллинга. Рассматривая формальную формулу A = A, он отмечает, что «логический характер в нём носит лишь форма тождественности между A и A; но откуда у меня само A = A? Если A есть, то оно равно само себе, но откуда оно? Ответ на этот вопрос может быть, без сомнения, дан исходя не из этого положения, а из чего-то более высокого. Анализ A = A предполагает синтез A … невозможно мыслить формальный принцип, не предпосылая ему материальный, а также материальный, не предпосылая ему формальный» (Шеллинг Ф. В. Й. Сочинения, т. 1. — М., 1984, с. 250). Формула принципа тождества A = A возникает благодаря абстрагированию от содержания субъекта A, и всякое синтетическое знание должно выходить за пределы тождественности мышления и тем самым положения A = A, которое предполагает мышление, становящееся объектом для самого себя, то есть предполагает самосознание. Положение A = A интерпретируется им как принцип безусловного и абсолютного разумного познания, как выражение вечного и необходимого равенства субъекта и объекта, как воплощение самосознания разума. По К. Эшенмайеру, логическая формула A = A выводится из первоначального тождества Я с самим собой (Eschenmayer К. А. Psychologie. Tüb., 1817, S. 296). Г. В. Ф. Гегель, который положил начало критике формальной логики, считал формулу A = A пустой и лишь законом абстрактного рассудка. По его словам, «никакое сознание не мыслит… не говорит согласно этому закону… Выражения, следующие этому нормативному закону истины (планета есть планета, магнетизм есть магнетизм, дух есть дух), справедливо считаются глупыми» (Гегель Г. В. Ф. Сочинения, т. 1. — М., Л., 1929, с. 197). Эта же линия критики принципа тождества как пустого и лишённого смысла представлена у Ф. Э. Бенеке, И. Рёмке, Ф. Маутнера. Для марксистской философии принцип тождества A = A есть основной принцип метафизического мировоззрения, согласно которому каждая вещь равна самой себе и считается постоянной (Энгельс Ф. Диалектика природы. — М., 1955, с. 170). Это и было основанием критики формальной логики и попыток построения новой диалектической логики, исследующей принципы анализа изменчивости явлений, различных процессов природы, общества и мышления. Эта же линия критики принципа тождества обращается А. Бергсоном против не только формальной логики как логики твёрдых тел, но и интеллекта. В конце XIX века для логики и методологии науки характерна абсолютизация принципа тождества. Так, в теории дедукции У. С. Джевонса проводится мысль о том, что «вещь во всякий момент тождественна сама с собой» (Джевонс У. С. Основы науки. 1874. — СПб., 1881, с. 5), и выдвигается принцип замещения, согласно которому «всякий термин, встречающийся в каком-либо предложении, можно замещать термином, о котором утверждается в какой-нибудь посылке, что он тождествен с первым» (Джевонс У. С. Основы науки. 1874. — СПб., 1881, с. 48). Вместе с тем в философии и логике начинается, с одной стороны, ограничение предметной области принципа тождества, а с другой — различение предмета и предметного содержания актов мысли. Так, Б. Эрдман исходит из принципа нетождественности, отмечая, что любой предмет, поскольку он тождествен с самим собой, отличается от другого. Согласно X. Зигварту, формула A = A фиксирует константность содержания представлений и понятий. Это же отмечает и В. Вундт, для которого принцип тождества как фундаментальный закон познания фиксирует устойчивость нашего логического мышления во всех его преобразованиях. В отличие от них Г. Дриш считает принцип тождества нормой не просто мысли, но и её предметного содержания. Для Э. Гуссерля, Н. О. Лосского, М. Шелера формула A = A выражает то, что во всех актах суждения объективное содержание A остаётся одним и тем же. Г. Фреге, понимая под принципом A = A принцип равенства, или тождества, усматривает в нём отношение между знаками предметов, а не отношение между предметами (Фреге Г. Смысл и значение. — В книге: Избранные работы. — М., 1997, с. 25). Согласно Г. Фреге, смысл и значение относятся к разным сферам (мысль — смысл предложения, а значение — обозначаемый предмет) и необходимо проводить различие между «выражением» и «обозначением». В начале XX века в центре внимания логиков вновь оказалась проблема тождества, сходства и равенства. Для Э. Гуссерля там, где имеется равенство, имеется и тождество в истинном смысле слова. Классы и определяются как совокупность равных себе сущностей, которые являются элементами одного и того же класса. Однако отношение «одних и тех же сущностей» предполагает отношение равенства более высокого типа и так далее до бесконечности. Тем самым платоновское обоснование принципа тождества увеличивает сущности до бесконечности. В это же время Э. Бугру анализирует связь принципа тождества и законов природы, Э. Мейерсон раскрывает значение способности разума к идентификации в формировании категорий причинности, закона и других. В номинализме Ст. Лесневского было раскрыто смешение коллективного и дистрибутивного истолкования слова «класс» в теории парадоксов Б. Рассела и проведено различение мереологии и онтологии. В ходе обсуждения в XX веке предметной области логики равенство стало пониматься как основание абстракции, а закон тождества в приложениях логики потерял своё некогда фундаментальное значение «принципа, выражающего неизменность сущего» (которое ранее незаслуженно ему приписывалось). |
Формула и уравнение закона Чарльза ~ ChemistryGod
Уравнение закона Чарльза: V = kT .
Как видно из приведенного выше уравнения, закон связывает объем газа с его температурой. Закон был открыт Жаком Шарлем в конце 1700-х годов. Он утверждает, что объем газа прямо пропорционален его температуре, если только давление и количество газа не остаются постоянными.
Пусть объем газа В и температура, Т . Согласно закону при постоянном давлении для фиксированного количества газа
Приведенное выше выражение является математическим выражением закона Шарля. Убираем пропорциональность,
Здесь k — пропорциональная константа. Наконец, переформулируя приведенное выше уравнение,
Таким образом, отношение объема к температуре является постоянным для постоянного давления и фиксированного количества газа
Примечание: приведенное выше выражение справедливо, если давление и количество газа не являются постоянными. Кроме того, температура находится в абсолютной шкале (в градусах Кельвина или Ранкина).
Уравнение закона Шарля в шкале Цельсия
Мы можем выразить закон в шкале Цельсия. Шкала Цельсия использует точку замерзания воды (0 °C) и точку кипения воды (100 °C) в качестве контрольных точек. Цельсий связан с кельвином следующим образом:
Пусть V 0 будет объемом газа при 0 °C, т. е. при температуре замерзания воды. А В — это объем при температуре t (в °С). Согласно закону Чарльза,
Замена T = T +273,15 и T 0 = T 0 +273.15,
Мы также знаем, T 0 = 0 ° C.
Преобразование приведенного выше выражения,
Это уравнение закона Чарльза в шкале Цельсия.
Примечание. Когда температура выражается по шкале Цельсия, используется маленькая цифра t . Но когда температура выражается по шкале Кельвина, заглавная T используется.
Закон Чарльза в различных условиях
LET V 1 и V 2 Будьте объемом при температуре T 1 и T 2 Такие, что давление и количество газа концентрируется. V 1 , T 1 – объем и температура при условии 1, а V 2 , T 2 – объем и температура при условии 2. – объем и температура при условии 2.0007 Условие 1: V 1 , T 1 к условию 2: V 2 , T 2 4 Установить связь между двумя условиями можно с помощью закона 3 2 4.
Комбинируя оба уравнения,
Используя приведенную выше формулу, мы можем определить неизвестный объем или температуру, если объем и температура для условия известны. Возьмем пример.
Пример 1
Рассмотрим воздушный шар с гелием весом 130 г. Воздушный шар прикреплен к гаке корабля, идущего из Майами в сторону Нью-Йорка. Объем баллона в Майами составляет 1,50 л, а температура 27 °C. Каков будет объем воздушного шара в Нью-Йорке, если температура в Нью-Йорке составляет 10 °C? Предположим, что давление остается равным 1 атм.
В 2 неизвестно. Объем и температура газового шара, плывущего из Майами в Нью-ЙоркСначала переведем температуру в кельвины из градусов Цельсия.
Начальный объем 1,50 л. Конечный объем можно рассчитать по закону Шарля.
Таким образом, объем воздушного шара в Нью-Йорке составляет 1,42 л.
V 2 = 1,42 лЕсли вы заметили, объем уменьшился с 1,5 л до 1,42 л, когда температура баллона уменьшилась с от 27 °С до 10 °С. Это объясняет закон Шарля, согласно которому объем прямо пропорционален температуре.
Мы можем обобщить закон на любое количество условий. Рассмотрим фиксированное количество газа под давлением P . Let ( V 1 , T 1 ), ( V 2 , T 2 ), ( V 3 , T 3 3 ). V i , T i ) объем и температура при различных условиях.
Ряд i условийПо закону отношение объема к температуре остается постоянным.
Пример 2
Рассмотрим тот же корабль в приведенном выше примере. Корабль после прибытия в Нью-Йорк должен отправиться в Сент-Джон, Канада. Температура в Сент-Джоне составляет 3 °C, а давление – 1 атм. Определить объем воздушного шара в Сент-Джонсе.
В 3 неизвестно. Объем и температура газового шара, плывущего из Майами в Сент-Джон через Нью-ЙоркВо-первых, мы должны преобразовать температуру в кельвины из градусов Цельсия. 3 °C равно 3 + 273,15 = 276,15 К.
По закону
Здесь V 1 — объем в Майами, V 2 — объем в Нью-Йорке, который мы уже рассчитали в предыдущем примере, и V 3 — том в Сент-Джонсе. Переставляя приведенные выше выражения,
Мы можем использовать любое из двух, чтобы найти V 3 .
Объем в Сент-Джоне составляет 1,38 л.
В 3 = 1,38 лКак видно из приведенных выше расчетов, объем еще больше уменьшается (с 1,42 л до 1,38 л) при снижении температуры (от 10 °C до 3 °C). Таким образом, закон выполняется при нескольких условиях.
Связанные статьи
- Закон Чарльза
Kibet Erick
26 декабря 2022
Очень образование, желаю получить больше обновлений, пожалуйста, я смогу дальнейшие исследования в химии в Нью -Йорке
Joseph Baah
772222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222н.
Очень поучительно
Риа
18 марта 2022
Большое спасибо, это было очень полезно
Оласехинде Олуватимилейн
07 июля 2021
Вау! … так легко понять концепции… то, как вы иллюстрируете их с помощью диаграмм и примеров… отличная работа, спасибо!
Беверлин
26 мая 2021
Ваша информация мне очень помогает. Спасибо.
Vwggqggqgqgqhah
04 мая 2021
Спасибо
Мэтью
21 июля 2020
Хлопать Хлопать Хлопать … так легко понять концепции … то, как вы иллюстрируете их с помощью диаграмм и примеров .. . отличная работа, спасибо !
Газовые законы
Газовые законыНижеследующее является содержанием лекции 18. В этой лекции мы рассмотрим газовые законы: Шарля, Бойля, Авагадро и Гей-Люссака, а также законы идеального и комбинированного газа.
Законы свойств газа
Существует 4 общих закона, связывающих между собой 4 основных характерных свойства газов. Каждый закон назван по имени его первооткрывателя. Хотя важно понимать отношения, охватываемые каждым законом, знание отправителя не так важно и станет излишним после введения комбинированного закона о газах. Так что сконцентрируйтесь на понимании взаимосвязей, а не на запоминании имен.
Закон Чарльза- устанавливает связь между объемом и температурой , если давление и количество газа поддерживаются постоянными :
1) Если температура газа по шкале Кельвина увеличивается, объем газа увеличивается. (P, n постоянная)
2) Если температура газа по Кельвину уменьшается, объем газа уменьшается. (P, n постоянная)
Это означает, что объем газа прямо пропорционален его температуре по Кельвину. Подумайте об этом так: если вы увеличиваете объем газа и должны поддерживать постоянное давление, единственный способ добиться этого — повысить температуру газа.
Расчеты по закону Чарльза включают изменение либо температуры (T 2 ), либо объема (V 2 ) от известного начального количества каждого из них (V 1 и T 1 ):
Закон Бойля — гласит, что объем данного количества газа при постоянной температуре изменяется обратно пропорционально приложенному давлению, когда температура и масса постоянны.
Уменьшение объема газа означает, что молекулы чаще ударяются о стенки, увеличивая давление, и наоборот, если объем увеличивается, расстояние, которое молекулы должны пройти, чтобы удариться о стенки, увеличивается, и они реже ударяются о стенки, тем самым уменьшая давление. давление.
Как и закон Чарльза, закон Бойля можно использовать для определения текущего давления или объема газа, если известны начальные состояния и одно из изменений:
Закон Авагадро — Определяет соотношение между объемом и количеством газа в молях, когда давление и температура поддерживаются постоянными.
Если количество газа в контейнере увеличивается, объем увеличивается. Если количество газа в сосуде уменьшается, объем уменьшается. Это предполагает, конечно, что контейнер имеет расширяемые стенки.
Отношения снова прямо пропорциональны, поэтому уравнение для расчетов
Закон Гей-Люссака гласит, что давление данного количества газа при постоянном объеме прямо пропорционально температуре Кельвина.
Если вы нагреваете газ, вы даете молекулам больше энергии, чтобы они двигались быстрее. Это означает большее количество ударов о стенки контейнера и увеличение давления. И наоборот, если вы охладите молекулы, они замедлятся, и давление уменьшится.
Чтобы рассчитать изменение давления или температуры с помощью закона Гей-Люссака, уравнение выглядит следующим образом:
Чтобы немного поиграть с отношениями, попробуйте эту симуляцию.
Закон идеального газа:
Комбинация представленных выше законов порождает закон идеального газа:
Добавление константы пропорциональности, называемой идеальной или универсальной газовой постоянной (R), завершает уравнение.
Как видите, существует множество возможных единиц измерения константы. Единственная постоянная константа заключается в том, что температурная шкала во всем — КЕЛЬВИН.
При использовании закона идеального газа для расчета любого свойства газа вы должны сопоставлять единицы измерения с газовой постоянной, которую вы решили использовать, и вы всегда должны указывать свою температуру в градусах Кельвина.
Чтобы использовать уравнение, вам просто нужно определить, чего не хватает в вопросе, и перестроить уравнение, чтобы решить его.
Типичный вопрос: 6,2 литра идеального газа содержится при 3,0 атм и 37 °C. Сколько из этих молей газа присутствует?
Поскольку единицы газовой постоянной задаются с использованием атмосфер, молей и градусов Кельвина, важно убедиться, что вы конвертируете значения, указанные в других шкалах температуры или давления. Для этой задачи переведите температуру в градусах Цельсия в К, используя уравнение:
.Т = °С + 273
Т = 37°С + 273
Т = 310 К
Теперь вы можете подставить значения. Решите для количества родинок
н = ПВ/РТ
n = (3,0 атм x 6,2 л) / (0,08206 л атм/моль К x 310 К)
n = 0,75 моль
Вот несколько практических задач на использование закона идеального газа: Практика
Закон о комбинированном газе
Выше я сказал, что запоминание всех уравнений для каждого из отдельных газовых законов станет неактуальным после введения последующих законов. Закон, о котором я говорил, — это Закон о комбинированном газе:
Комбинированный газовый закон позволяет вам получить любое из необходимых соотношений, комбинируя все изменяемые части в законе об идеальном газе: а именно: давление, температуру и объем. R и количество молей не фигурируют в уравнении, поскольку они обычно постоянны и, следовательно, сокращаются, поскольку они появляются в равных количествах в обеих частях уравнения.
Как видно выше, уравнение можно решить для любого из входящих в него параметров. Но что еще более важно, вы можете исключить из уравнения все, что останется постоянным.
Например, если в вопросе говорилось, что система при 1 атм и объеме 2 литра претерпела изменение на 3,5 литра, рассчитайте новое давление, вы можете просто исключить температуру из уравнения и получить:
P 2 = P 1 V 1 /V 2 = (1 атм)(2 л)/3,5 л) = 0,6 атм
Поскольку в вопросе никогда не упоминается температура, мы можем предположить, что она остается постоянной и, следовательно, не учитывается в расчетах.