6.6. Закон Архимеда

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.