Почему плавают корабли? Объясняет закон Архимеда

Существует легенда о том, как Архимед открыл свой закон. Он служил у сиракузского царя Герона II в качестве советника по общим вопросам. Тому изготовили корону из золота, взятого из казны. Отличавшийся большой подозрительностью царь дал задание Архимеду узнать, не украл ли мастер часть золота и не добавил ли вместо него в сплав менее благородные металлы. Для решения задачи разрешено взвешивать корону, измерять ее, но ни в коем случае не портить красоту.

Видео: Лекция пятнадцатая: Сила Архимеда

Поиск и решение проблемы

Задача, поставленная Героном II, казалась неразрешимой. Архимед потратил уйму времени, чтобы измерить отдельные элементы короны, но постоянно сбивался со счета. Измученный измерениями и расчетами он отправился в баню, а в те времена в Сиракузах отстроили как раз такую, в которой имелись ванны, чтобы принимать водные процедуры. В одну из таких ванн погрузил свое бренное тело и Архимед. Его удивило то обстоятельство, что при погружении часть воды стала вытекать поверх краев. Он снова долил воду до верхнего уровня и медленно, стараясь не расплескать ее, начал новое погружение. Вода принимала его, но часть вытеснялась и проливалась за пределы. С громким криком: «Эврика!» – Архимед выскочил наружу. Он бежал по улице, забыв накинуть на себя что-либо из одежды. Народ привык к чудачествам великого изобретателя, поэтому всех смущал только крик, а не вид Архимеда. Используя мерную емкость, исследователь легко вычислил объем короны, а зная плотность золота и вес, определил количество металла, утаенного ювелиром. Скорый суд решил дело в пользу Архимеда, золотых дел мастера казнили в назидание остальным.

Опыты с плавающими моделями кораблей

Открытие вытесняемого объема еще не привело к появлению теории плавания тел. Закон Архимеда был четко сформулирован только после ряда опытов, в результате которых было установлено правило для всех предметов, погруженных в воду. Например, камни не поднимались на поверхность, а сухие деревяшки плавали. Были построены небольшие модели судов, которые помещались в ванну. На палубы моделей грузили разные предметы. Наблюдения велись постоянно. В результате было установлено, что при загрузке маленького кораблика можно добиться того, чтобы он оставался на плаву. Закон Архимеда объяснял и перегруз корабля. Он вытесняет больше жидкости, которая и удерживает его.

Видео: Скажите, почему? Почему лодки не тонут

Закон Архимеда. Опыты с реальными кораблями

Пытливый изобретатель от моделей перешел к реальным судам, которые строились на небольшой верфи в Сиракузах. В те времена уже появились небольшие парусные суда, в них для повышения устойчивости закладывали балласт. Иногда его помещали столько, что корабль начинал тонуть. Методом проб и ошибок строители кораблей для каждого нового судна подбирали оптимальные параметры. Тут помощь талантливого изобретателя оказалась довольно актуальной, судостроителям был изложен закон Архимеда, плавание тел теперь превратилось из практики в науку. Есть сведения, что Архимедом был предложен ряд интересных конструкций для боевых кораблей, чтобы топить врага при фронтальных и боковых ударах. Особое внимание уделялось торговым галерам. Эти суда совершали длительные плавания по Средиземному морю. Им приходилось перевозить большие объемы товаров, поэтому правильное размещение груза способствовало лучшему использованию пространства. Здесь помогли расчеты и выкладки изобретателя, в которых использован закон Архимеда. Гидравлика динамического движения груженого судна теперь основывалась на точных расчетах.

Видео: Закон Архимеда

Иные приложения Закона Архимеда

Воздухоплавание, возникшее на рубеже XVIII-XIX веков, оказывается, подчиняется умозаключениям человека, жившего с 287 по 212 год до н. э. Закон Архимеда для монгольфьеров, воздушных шаров и аэростатов является основным, объясняющим возможность человека подняться в воздух за счет знаний. Рассчитывая подъемную силу для воздушных судов, аэронавты (так называют любителей полетать на таких устройствах) определяют объем своих летательных аппаратов. В настоящее время праздник аэронавтики периодически проводятся в разных городах России и за ее пределами. Полет монгольфьеров вызывает восхищение у зрителей, еще большую гамму ощущений получают сами участники полета.