Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Закон Архимеда — основной закон гидростатики, согласно которому на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненного телом объёма среды. Сила направлена вертикально вверх и приложена в центре тяжести вытесненного объёма. Закон лежит в основе расчётов плавания судов, проектирования поплавков, ареометров, гидростатических уровнемеров и аэростатов.
Закон Архимеда — фундаментальная закономерность поведения тел в покоящихся жидкостях и газах. Он сформулирован древнегреческим учёным Архимедом в III веке до нашей эры в трактате «О плавающих телах» и стал отправной точкой гидростатики как науки.
Современная формулировка закона звучит так: сила, выталкивающая тело из жидкости или газа, численно равна весу вытесненного телом объёма среды. В виде формулы:
FА = ρ · g · V
где FА — выталкивающая (архимедова) сила, Н; ρ — плотность жидкости или газа, кг/м³; g — ускорение свободного падения (9,81 м/с²); V — объём вытесненной среды, м³.
Сила Архимеда не зависит от формы тела, его массы и глубины погружения — только от плотности среды и вытесненного объёма.
Причина выталкивания — разность гидростатического давления на нижней и верхней поверхностях тела. Давление в покоящейся жидкости растёт с глубиной по закону p = p₀ + ρ·g·h. Снизу на тело давит большее давление, чем сверху, а разность этих давлений, проинтегрированная по поверхности, и даёт результирующую силу, направленную вверх.
Центр величины (центр водоизмещения) — точка приложения архимедовой силы. Он совпадает с центром тяжести вытесненного объёма жидкости, а не самого тела. При наклоне плавающего тела центр величины смещается, что и определяет восстанавливающий момент.
Поведение тела в жидкости зависит от соотношения его средней плотности ρт и плотности среды ρж:
При полном погружении тело вытесняет объём, равный собственному. При плавании на поверхности — только объём подводной части. Из равенства веса тела и силы Архимеда выводится осадка: чем тяжелее тело, тем глубже оно погружается, пока вытесненный объём не уравновесит вес.
Для плавающих тел важна не только плавучесть, но и остойчивость — способность возвращаться в исходное положение после крена. Точку пересечения линии действия архимедовой силы с осью симметрии тела при малом наклоне называют метацентром. Расстояние от центра тяжести тела до метацентра — метацентрическая высота hм. Условие остойчивости: hм > 0.
В газах закон действует так же, как в жидкостях, но из-за малой плотности воздуха (ρ ≈ 1,225 кг/м³ при 15 °C и 101,325 кПа) выталкивающая сила обычно мала. Однако для тел с очень малой средней плотностью — аэростатов, дирижаблей, метеозондов с гелием или водородом — она становится определяющей.
Классическая формула FА = ρ·g·V справедлива для тел в покоящейся, однородной и несжимаемой среде в поле силы тяжести. Среда должна полностью охватывать поверхность тела со всех сторон.
Метод гидростатического взвешивания — один из самых точных способов определения плотности твёрдых и жидких материалов. Образец взвешивают в воздухе и в жидкости известной плотности, а плотность образца рассчитывают по формуле ρ = ρж·m₁/(m₁ − m₂). Метод стандартизован: ГОСТ 15139 — для пластмасс, ГОСТ 20018 — для твёрдых сплавов, ISO 1183-1 — международный стандарт для полимеров. Погрешность современных аналитических весов с приставкой для гидростатического взвешивания не превышает 0,001 г/см³.
Закон Архимеда — краеугольный камень гидростатики, описывающий выталкивающую силу через плотность среды и вытесненный объём по формуле FА = ρ·g·V. Понимание условий плавания, положения центра величины и метацентрической высоты позволяет проектировать суда, подводные аппараты, измерительные приборы и аэростатические системы. На этом же принципе построены точные методы определения плотности материалов по действующим ГОСТ и ISO.
Статья носит ознакомительный и образовательный характер. Автор не несёт ответственности за результаты применения изложенной информации в практических инженерных расчётах без проверки действующими нормативными документами и привлечения квалифицированных специалистов.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.