Чому занурений камінь легше піднімати в воді, ніж в повітрі?

Занурений камінь легше піднімати в воді, ніж в повітрі, це пов"язано з двома основними фізичними причинами: силою архімедовою та силою тяжіння.

1. Сила архімедова: Коли камінь занурюється в рідину, наприклад, воду, то на нього діє сила архімедова. Ця сила виникає через різницю між вагою каменя та об"ємом рідини, який він витісняє. Сила архімедова направлена вгору та є пропорційною об"єму каменя та густини рідини. Що більше об"єму води відштовхується каменем, тим більша сила архімедова та меншою стає загальна вага каменя і, відповідно, його легше підняти. Це явище дає можливість нам легко піднімати занурені предмети у воді.

2. Сила тяжіння: Коли ми занурюємо камінь в повітрі, його сила тяжіння спрямована вниз. Камінь має вагу, яка залежить від його маси. Вага це сила, з якою Земля тягне камінь вниз. Ця сила протидіє нашим зусиллям підняти камінь вгору.

Тому, коли занурений камінь, сила архімедова, що спрямована вгору, переважає силу тяжіння, що спрямована вниз. Це робить його легшим для підняття. В повітрі такої підтримки не існує, і камінь підлягає дії сили тяжіння, тому його складніше підняти.

Нехай я покажу це на практичному прикладі:

Припустимо, що маємо камінь масою 1 кг. Густина рідини, в яку ми зануримо камінь, становить 1000 кг/м³ (значення для води).

В повітрі камінь буде мати ту саму масу, яка дорівнює 1 кг. Але коли камінь занурюється в воду, на нього діє сила архімедова:

\[F_\text{арх.}= \rho_{\text{води}} \cdot V_{\text{каменя}} \cdot g,\]

де \(\rho_{\text{води}}\) - густина води, \(V_{\text{каменя}}\) - об"єм каменя, а \(g\) - прискорення вільного падіння.

Об"єм каменя можна обчислити з використанням його маси і густини:

\[V_{\text{каменя}} = \dfrac{\text{маса каменя}}{\text{густина води}}\]

Підставимо значення виразу для об"єму в формулу архімедової сили:

\[F_\text{арх.}= \rho_{\text{води}} \cdot \left(\dfrac{\text{маса каменя}}{\text{густина води}}\right) \cdot g\]

Підставимо конкретні значення:

\[F_\text{арх.}= 1000 \, \text{кг/м³} \cdot \left(\dfrac{1 \, \text{кг}}{1000 \, \text{кг/м³}}\right) \cdot 9,8 \, \text{м/с²}\]

\[F_\text{арх.}= 1 \, \text{Н}\]

Таким чином, занурений камінь має силу архімедову рівну 1 Н, яка спрямована вгору. Ця сила зменшує загальну вагу каменя, і його легше підняти.

Надіюся, що цей роз’яснювальний матеріал допоміг вам краще зрозуміти, чому занурений камінь легше піднімати в воді, ніж в повітрі.