Закон Архимеда простыми словами
Если тело объёмом V погружено в жидкость плотностью ρ, оно вытесняет массу жидкости ρ·V. Вес этой жидкости, то есть ρ·V·g, и есть выталкивающая сила. Она направлена вверх и приложена к центру вытесненного объёма.
Важно, что сила зависит от объёма погружённой части, а не от массы тела. Поэтому лёгкое тело большого объёма выталкивается сильнее, чем тяжёлое компактное.
Числовой пример: 75 литров в пресной воде
Объём 75 литров — это 0,075 м³. В пресной воде плотностью 1000 кг/м³ сила равна 1000 · 0,075 · 9,81 = 735,75 Н. Это вес 75 кг воды.
В морской воде плотностью 1025 кг/м³ сила составит 754,14 Н, то есть примерно на 18 Н (2,5%) больше. Для пловца разница ощутима: в солёной воде тело держится выше.
Сравнение с весом тела
Чтобы понять, всплывёт ли тело, сравните силу Архимеда с весом. У человека массой 75 кг вес около 735,75 Н. При полном погружении в пресную воду силы почти равны, поэтому положение тела определяется вдохом: воздух в лёгких увеличивает объём и подъёмную силу.
Калькулятор не определяет плавучесть конкретного человека, потому что для этого нужны точные данные о составе тела и объёме. Он считает только силу по введённому объёму.
Как задать объём погружённой части
Если тело погружено полностью, подставляйте объём всего тела. При плавании с головой над водой погружена не вся масса, и объём меньше. Литры переводите в кубометры делением на 1000.
Приблизительную оценку объёма даёт масса, делённая на плотность тела, которая близка к плотности воды. Но точные значения для каждого человека различаются.
Типичные ошибки
Частые ошибки — вводить объём в литрах вместо кубометров (ответ станет в тысячу раз больше), подставлять массу вместо объёма и забывать об изменении плотности воды в солёных водоёмах.
Ещё одна ошибка — отождествлять силу Архимеда с «безопасностью на воде». Безопасность зависит от умения плавать, состояния здоровья и условий водоёма.
Статика и динамика
Формула описывает покой. При гребках, волнах и движении добавляются гидродинамические силы, которые калькулятор не учитывает. Поэтому он подходит для учебных задач и качественного понимания.
Для оценки техники плавания нужны другие модели и измерения, например видеоанализ и работа с тренером.
Оговорка о безопасности
Страница не заменяет обучение плаванию и не гарантирует безопасность. Не полагайтесь на расчёт при заплывах в открытой воде.
При заболеваниях сердца, лёгких и других состояниях вопросы о занятиях в воде обсуждайте с врачом.
Роль воздуха в лёгких
Воздух в лёгких увеличивает объём тела почти без добавления массы, а значит, повышает подъёмную силу. Поэтому после глубокого вдоха человек плавает выше, чем после выдоха. Вводить такую поправку в калькулятор нужно вручную: просто увеличьте объём на оценку объёма воздуха.
Однако точные значения отличаются у разных людей и зависят от фазы дыхания, так что цифры из расчёта нельзя считать характеристикой конкретного человека. Это учебная иллюстрация закона Архимеда.
Формула расчёта
F = ρ · V · g
Проверенные примеры
ρ = 1000 кг/м³, V = 0,075 м³.
F = 1000 · 0,075 · 9,81 = 735.75 Н.
ρ = 1025 кг/м³, V = 0,075 м³.
F = 1025 · 0,075 · 9,81 = 754.1438 Н: сила на 2,5% больше, чем в пресной воде.
Как пользоваться онлайн-калькулятором
- Введите плотность воды: пресной или морской.
- Введите объём погружённой части тела в кубометрах (литры разделите на 1000).
- Оставьте g = 9,81 или введите своё.
- Нажмите «Вычислить» и сравните силу с весом тела m·g.