В гравитационном поле на всякое тело, находящееся в жидкости или газе, действует сила, направленная противоположно силам поля (на Земле — вертикально вверх) и равная силе притяжения (весу) той части жидкости, которая вытеснена телом. Это и есть закон Архимеда. Он назвал силу «подъемной», иногда ее называют поддерживающей, выталкивающей, архимедовой и т. д. Физически важно лишь, что источником этой силы является гравитационное поле.
Для существования архимедовых сил тело обязательно должно иметь нижнюю поверхность. Заполненная газом, например, цилиндрическая бочка, нижний торец которой герметично прилегает ко дну водоема, не всплывает, для всплытия нужно обязательно обеспечить доступ жидкости под бочку. По а. с. 280251 такая бочка используется в качестве мертвого якоря.
Поскольку архимедова сила обусловлена только градиентом гидростатического давления, но не самим давлением, регулировать эту силу путем изменения внешнего давления невозможно. Этот запрет справедлив только для несжимаемых тел и несжимаемой жидкости.
Если сжимаемость жидкости больше сжимаемости погруженного в нее тела, то увеличение внешнего давления приводит к подвсплытию тела. И наоборот. Естественно, что наиболее четко это явление можно наблюдать (и использовать) в газах, где внешним давлением можно изменять плотность среды в весьма значительных пределах. Пример: способ определения вязкости и плотности жидкости путем изменения плотности рабочего тела (поплавка) под действием избыточного давления (а. с. 527637).
Поплавки могут нести разный груз и иметь разную систему регулировки грузоподъемности. Отсюда бесконечное многообразие поплавков. Так, в а. с. 445843, 510646, 601574 описаны поплавки-уровнемеры, несущие герконы; по а. с. 417691 поплавок-уровнемер снабжен измерительной лентой, по а. с. 429282 — индуктивным датчиком, по а. с. 411306 — устройством термокомпенсации.
Любой объект может на время стать поплавком. По а. с. 500150 контейнер с плодами погружают в бак с водой, и нежные плоды всплывают из тары без повреждений. В а. с. 205682 обратную операцию проводят с железнодорожной платформой, чтобы облегчить погрузку лесоматериалов. А. с. 119805 предлагает вести выгрузку камня из барж, затопляя трюмы водой.
Вес объектов, с которыми приходится иметь дело современной технике, быстро возрастает. Поэтому закономерно, что для управления перемещением таких объектов все чаще и чаще используют архимедову силу: сборку дирижаблей ведут на воде, располагая отдельные части на понтонах-поплавках (а. с. 343898), сборку и сварку резервуаров производят на воде (а. с. 789264), поплавок выполняет функции поворотного круга для тяжелых магистральных локомотивов (а. с. 505406) и т. д.
Широко используют в технике своего рода «би-эффект Архимеда» — сдвоенные поплавки разной плотности. Так, в патенте США 3566699 описан сдвоенный поплавок-плотномер для определения плотности бурового раствора. В а. с. 445889 — плотномер для нефти с попарным соединением шаров разной плотности, в а. с. 659452 — буй с поплавками разной плавучести и т. д.
Применение поплавков по прямому назначению становится тривиальным. Но поплавок в нужный момент может превращаться в антипоплавок. По патенту США 3244138 в бензобаке автомобиля плавает шарик с мягким пояском. Когда же бензина остается мало, поплавок «садится» на дно, теряет плавучесть и громко стучит о дно бака, напоминая водителю, что нужно срочно ехать на заправку.
По а.с. 527280 в сварочном манипуляторе поплавок находится в магнитной жидкости, а вокруг емкости с жидкостью расположена обмотка. Регулируя проходящий по ней ток, управляют псевдоплотностью жидкости и, следовательно, величиной подъемной силы.
Силу Архимеда можно использовать в следующих случаях:
· для регулирования плавучести тел;
· компенсации веса объектов;
· сборки тяжелых или громоздких объектов;
· разделения, сортировки, сепарации объектов по удельному весу;
· измерения плотности, вязкости;
· измерения уровня;
· измерения параметров магнитного поля.