• Nie Znaleziono Wyników

---

c-Rys. 47.

cej ku górze i w środku O kuli dają wypadkową C, zwróconą pionowo ku górze. Ciśnienia, sprawiane przez wodę na górną półkulę adb kierują się mniej lub więcej ku dołowi i w środku

O kuli tworzą wypadkową D, zwróconą pionowo ku dołowi. Wypadkowe C i D mają wprost przeciwne kierunki i są przy­ łożone do tego samego punktu O; zatem odejmują się od sie­ bie. Ale dolna półkula jest głę­ biej zanurzona niż górna; za­ tem C jest większa niż D. Różnica C—D jest właśnie par­ ciem hydrostatycznem Q, któ­ rego kula doznaje od wody. Przypuśćmy, że mn wyobraża

swobodną powierzchnię w ody; na tę powierzchnię działa ciśnienie atmosferyczne p0. Powierzchnię kuli K oznaczmy przez S. Z § § 36-go i 40-go wynika, że

1. siła C = l-pa 5-f- ciężar słupa macbti wody 2. siła D =■ lp aS -|- ciężar słupa madbti wody Odejmując, otrzymujemy

3. Q = C —D = ciężarowi kuli acbd wody, co w uważanym przypadku wyraża twierdzenie A r c h i m e d e s a .

Następujące doświadczenie służy zwy­ kle do objaśnienia tego twierdzenia. Pod szalką B wagi (rys. 48) zamieszczamy na­ czyńko N oraz walec pełny M, który mie­ ści się dokładnie w naczyńku N i wypełnia całkowicie jego pojemność. Umieszczając stosowną tarę na przeciwległej szalce wagi, równoważymy w powietrzu ciała N i M. Gdy teraz walec M zanurza się w wodzie, widzimy, że szalka B idzie do góry; przy­ wracamy równowagę, gdy napełnimy na­ czyńko N wodą, jak pokazano na rysunku.

Ciało M, zanurzone w płynie A, do­ znaje od niego siły Q, skierowanej pio­ nowo ku górze. Odwołując się do trzeciej zasady dynamiki (tom I, § § 34, 36 i 37)( wyprowadzamy stąd wniosek, żę płyn A

musi jednocześnie doznawać, od zanurzo­ nego ciała M, siły również Q, skierowanej pionowo ku dołowi. Przekonajmy się, czy ten wniosek jest prawdziwy. Na szalce B

wagi (rys. 49) równoważymy naczynie L, zawierające pewną ilość wody. Zanu­ rzamy teraz do wody walec M, zawieszony na osobnym postumencie T i nie

86

O równowadze cial płynnych Rozdz. IV

dotykający szalki ani wagi; dostrzegamy, że szalka B porusza się ku dołowi. Odbierając naczyniu Z. tyle wody, ile mieści się w naczyńku N (którego pojem­ ność, jak wyżej, jest równa objętości walca M), przywracamy równowagę. Do­ świadczenie niniejsze jest niejako odwróceniem, a zarazem uzupełnieniem po­ przedzającego.

Podobnie jak ciecze, gazy wywierają parcie hydrostatyczne na zanurzone w nich ciała; twierdzenie A r c h i t n e d e s a stosuje się w obu przypadkach. Na małej wadze zawieszamy dwie kule, pustą i dużą

A,

pełną i małą

B

(rys. 50). Kulę

B

posuwamy po beleczce wagi, tak iż kule równoważą się że sobą w powietrzu. Umieszczamy teraz przyrząd pod dzwonem pompy pneumatycznej i wyciągamy powietrze z pod dzwonu; kula

A

wówczas prze­ waża. Kula

A

jest oczywiście cięższa niż kula

B

i równoważyła się z nią w powietrzu tylko dlatego, iż, jako rozleglejsza, do­ znaje od powietrza znaczniejszego hydrostatycznego parcia.

Wykonywane w powietrzu ważenia dają zatem wyniki, które (bez pewnych poprawek) nie są ściśle prawdziwe; objętość ważonego przedmiotu bywa zwykle nierówna objętości ciężarków (odważników). Ażeby otrzymać wynik poprawny, powinniśmy uwzględniać parcie, którego od powietrza doznają zarówno przed­ mioty ważone jak odważniki.

1. Na szalce wagi umieszczamy obok siebie: naczynie, zawierające wodę i kawałek mosiądzu; ciała te równoważymy tarą na przeciwległej szalce. Jeżeli przeniesiemy mosiądz do wnętrza wody, czy naruszymy przez to równowagę? Wytłumaczyć, dlaczego równowaga trwa nieprzerwanie.

Rys. 49. Rys. 50.

§ 4 7 O balonach 87

2. Sześcian korkowy jest przyklejony do sześcianu ołowianego; zanurzone w wodzie, nie mają one tonąć ani wypływać ku powierzchni. Znając gęstość ołowiu (114 gr/cm3) oraz gęstość korka (024 gr/cms), obliczyć, w jakim sto­ sunku powinny pozostawać krawędzi uważanych sześcianów.

3. Sporządzona z korka kula, o promieniu r, zanurzona w wodzie, jest przytwierdzona zapomocą sznura do dna zbiornika. Znaleźć wartość siły, która wypręża ten sznur. Gdybyśmy przecięli sznur, jakie byłoby przyśpieszenie kuli w pierwszej chwili jej ruchu ku górze?

4. Przy pomocy odważników mosiężnych zważyliśmy w powietrzu pewną ilość żelaza; wiemy, że odważniki są ścisłe w próżni. Obliczyć prawdziwą war­ tość stosunku masy żelaza do masy odważników. Gęstość żelaza wynosi 7-5 gr/cm3, gęstość mosiądzu 8-4 gr/cm3.

5. Ważymy w powietrzu kauczukową powłokę balonika tak zgniecioną, że jej objętość jest bardzo mała; następnie wypełniamy balonik atmosferycznem powietrzem i ważymy w powietrzu powtórnie. Czy znajdziemy różnicę ciężaru?

6. Na dno jeziora chcemy opuścić żelazny dzwon, kształtu półkuli;-zanu­ rzamy go brzegiem (równikiem) na dół, tak iż powietrze nie uchodzi. Ozna­ czamy przez r wewnętrzny promień dzwonu, przez x grubość jego śfian, przez .s ciężar właściwy żelaza. Jeżeli dzwon ma tonąć, jaki warunek powinien speł­ niać stosunek x/r?

§ 47. O balonach.

Twierdzenie A r c h i m e d e s a znalazło piękne zastosowanie w wynalazku balonów; upłynęło jednak dwadzieścia stuleci, za­ nim zauważono możliwość takiego zastosowania. W r. 1783-im, w Annonay we Francji, bracia M o n t g o l f i e r wypuścili pierwszy balon, napełniony dymem i gorącem powietrzem; wkrótce potem C h a r l e s w Paryżu zbudował balon znacznie ulepszony, który napełnił wodorem. Najważniejszą składową częścią balonu jest zbiornik gazu (zwykle gazu oświetlającego); powłoka tego zbior­ nika, o ile podobna najlżejsza, powinna skutecznie przeszkadzać wzajemnej dyfuzji gazu i zewnętrznego powietrza (§ 22). Kulisty lub podłużny zbiornik jest otoczony siatką, która dźwiga łódź balonu. Oznaczmy pfzez

P

łączny ciężar: gazu, wypełniającego zbiornik, dalej powłoki, siatki i łodzi; przez

Q

rozumiejmy cię­

żar takiej ilości powietrza, jaka zajmowałaby całą objętość ba­ lonu. Ażeby balon wznosił się ku górze, siła

Q

musi być więk­ sza niż

P;

ró^jicę

Q —P

nazywamy zwykle

siłą wznoszenia się

balonu.

W 0° C, pod ciśnieniem atmosferycznem normalnem, 1 m s powietrza waży, jak wiadomo, 1-293 Kg; w tych samych warunkach 1 m s wodoru waży 0*09 Kg, 1 m 3 gazu oświetlającego waży od 0'4 do 0 8 Kg, zależnie od sposobu przy­ rządzenia i składu gazu. Pomijając zatem ciężar powłoki, siatki i łodzi, otrzy­

Powiązane dokumenty