Зако́н Архиме́да

Зако́н Архиме́да — закон гидростатики и аэростатики: на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненного вещества. Закон открыт Архимедом в III веке до н. э. Выталкивающая сила также называется архимедовой силой или гидростатической подъёмной силой (её не следует путать с аэро- и гидродинамической подъёмной силой, возникающей при обтекании тела потоком газа или жидкости).
Так как сила Архимеда обусловлена силой тяжести, то в невесомости она не действует.
В соответствии с законом Архимеда для выталкивающей силы выполняется:
{\displaystyle F_{A}=\rho gV,}

где:

• 
  {\displaystyle \rho }  — плотность жидкости или газа, кг/м³;
  
• 
  {\displaystyle g}  — ускорение свободного падения, м/с²;
  
• 
  {\displaystyle V}  — объём части тела, погружённой в жидкость или газ, м³;
  
• 
  {\displaystyle F_{A}}  — сила Архимеда, Н.
  
• 
  Описание
  
• 
  Выталкивающая или подъёмная сила по направлению противоположна силе тяжести, прикладывается к центру тяжести объёма, вытесняемого телом из жидкости или газа.
  
• 
  Если тело плавает (см. плавание тел) или равномерно движется вверх или вниз, то выталкивающая или подъёмная сила по модулю равна силе тяжести, действующей на вытесненный телом объём жидкости или газа.
  

Н апример, воздушный шарик объёмом V{\displaystyle V}
VV наполненный гелием, летит вверх из-за того, что плотность гелия (ph{\displaystyle \rho _{H}}) меньше плотности воздуха (po{\displaystyle \rho _{O}}):
Закон Архимеда можно объяснить при помощи разности гидростатических давлений на примере прямоугольного тела, погруженного в жидкость или газ. В силу симметрии прямоугольного тела, силы давления, действующие на боковые грани тела, уравновешиваются. Давление (PA{\displaystyle P_{A}}) и сила давления (PF), действующие на верхнюю грань тела, равны:

где:

• 
  {\displaystyle P_{A}}PA — давление, оказываемое жидкостью или газом на верхнюю грань тела, Па;
  
• 
  {\displaystyle F_{A}}FA — сила давления, действующая на верхнюю грань тела и направленная вниз, Н;
  
• 
  {\displaystyle \rho }p — плотность жидкости или газа, кг/м³;
  
• 
  {\displaystyle h_{A}}hA — расстояние между поверхностью жидкости или газа и верхней гранью тела, м;
  
• 
  {\displaystyle S}S — площадь горизонтального поперечного сечения тела, м².
  

Давление (FB{\displaystyle P_{B}}) и сила давления (FB{\displaystyle F_{B}}), действующие на нижнюю грань тела, равны:

где:

• 
  {\displaystyle P_{B}}PB — давление, оказываемое жидкостью или газом на нижнюю грань тела, Па;
  
• 
  {\displaystyle F_{B}}FB — сила давления, действующая на нижнюю грань тела и направленная вверх, Н;
  
• 
  {\displaystyle h_{B}}hB — расстояние между поверхностью жидкости или газа и нижней гранью тела, м.
  

Сила давления жидкости или газа на тело определяется разностью сил {\displaystyle F_{B}} FB и FA {\displaystyle F_{A}} :

где:

• 
  {\displaystyle h=h_{B}-h_{A}}h = hB - hA — расстояние между верхней и нижней гранями тела (в случае частичного погружения высота части тела, погружённой в жидкость или газ), м;
  
• 
  {\displaystyle V}V — объём тела, погружённого в жидкость или газ (в случае частичного погружения объём части тела, погружённой в жидкость или газ), м³.
  

Разница давлений:

В отсутствие гравитационного поля, то есть в состоянии невесомости, закон Архимеда не работает. Космонавты с этим явлением знакомы достаточно хорошо. В частности, в невесомости отсутствует явление (естественной) конвекции, поэтому, например, воздушное охлаждение и вентиляцию жилых отсеков космических аппаратов необходимо производить принудительно вентиляторами.