З власного досвіду ви знаєте, що у воді підняти камінь значно легше, ніж коли він лежить на березі, тому що у воді на до приходить виштовхувальна сила.
Закон, за яким можна розраховувати виштовхувальну силу, що діє на занурене в рідину тіло, відкрив давньогрецький вчений Архімед.
Тому виштовхувальну силу часто називають силою Архімеда (FA).
Сила Архімеда зумовлена тим, що тиск рідини збільшується з глибиною (на нижню поверхню зануреного в рідину тіла рідина тисне з більшою силою, ніж на верхню, унаслідок цього рівнодійна сил тиску рідини на всі ділянки поверхні тіла напрямлена вгору - ця рівнодійна і є силою Архімеда).
Унаслідок занурення у воду тіла, підвішеного до пружинних ваг, їх покази зменшаться завдяки виштовхувальній силі: коли кажуть, що занурене у воду тіло «втрачає у вазі», насправді, звичайно, ніякої «втрати у вазі» немає (вага тіла, що перебуває у спокої, завжди дорівнює силі тяжіння), але внаслідок занурення тіла у воду (часткового або повного) вага тіла перерозподіляється між підвісом — вагами і опорою — водою (тому показ ваг дорівнює різниці між вагою тіла та модулем виштовхувальної сили). Тільки із цим застереженням можна умовно назвати показ ваг «вагою тіла у воді». Це так зване гідростатичне зважування, його можна застосовувати, коли густина тіла більша за густину рідини, щоб тіло тонуло у рідині (визначити відношення густини тіла до густини рідини за формулою , це співвідношення дозволяє знайти N3густину тіла, якщо відома густина рідини, або знайти густину рідини, якщо відома густина тіла).
Спочатку з’ясуємо, чому на будь-яке тіло, занурене в рідину, діє сила Архімеда. Тиск у кожній точці рідини передається однаково в усіх напрямках і залежить від глибини. Розглянемо сили тиску, які діють у рідині на всі поверхні зануреного в неї тіла.
Нехай тіло має форму прямокутного паралелепіпеда На верхню грань тіла діє тиск p1 = рр ghl стовпчика рідини висотою h1. Сила тиску на цю поверхню з боку рідини становить F1 = p1S = рр gh1S де рр — густина рідини; S — площа поверхні тіла. Ця сила направлена вертикально вниз.
Тиск рідини на бічні грані змінюється з глибиною. Але на одному й тому самому рівні він однаковий. Тому сили тиску F, які діють на бічні поверхні, однакові й протилежно направлені, а їх рівнодійна дорівнює 0.
Нижня поверхня знаходиться на глибині h2. Її площа така сама, як і верхньої грані. На нижню поверхню тіла діє сила F2 = p2S = рр gh2S, яка направлена вертикально вгору. Оскільки нижня поверхня знаходиться глибше ніж верхня (h2 > h1), а їх площі однакові, то сила F2 більша за силу F1. Їх рівнодійна дорівнює різниці цих сил і направлена вгору. Рівнодійна сил тиску рідини на нижню та верхню грані тіла і є тією результуючою силою, що виштовхує (або намагається виштовхнути) тіло з рідини:
FA = F2 – F1 = p2S - p1S = рр gh2S - рр gh1S = ρрg(h2 — h1)S = ρрg Vт
Як видно з мал. h2 — h1 = h — висота прямокутного паралелепіпеда, а (h2 — h1) S = Vт — його об’єм. Остаточно можна записати, що
На кожен заряд, розміщений в електричному полі, діє сила, під дією якої він переміщується. При русі заряду електричне поле виконує певну роботу.
Роботу сил електричного поля можна розглядати як зміну потенціальної енергії, яку має кожне заряджене тіло, що перебуває в цьому електричному полі. Якщо позначити потенціальну енергію зарядженого тіла, що переміщується під дією електричних сил, у початковій і кінцевій точках траєкторії відповідно W1 і W2, то робота сил електричного поля визначатиметься за формулою
A = W1 - W2 = - (W2 - W1).
Різні пробні заряди у даній точці поля матимуть різні потенціальні енергії. Водночас відношення потенціальної енергії пробних зарядів до їх значень для даної точки поля є величиною сталою. Фізична величина, яка визначається відношенням потенціальної енергії пробного заряду, що знаходиться у даній точці електричного поля, до значення заряду, називається потенціалом.
Потенціал позначається літерою φ і записується у вигляді
Потенціал є скалярною величиною. Потенціали точок поля позитивно зарядженого тіла мають додатне значення, потенціали ж негативно зарядженого тіла мають від'ємне значення.
Одиницею потенціалу в Сl є 1 вольт (1В):
Потенціал характеризує електричне поле у даній його точці та є його енергетичною характеристикою.
Якщо позначити потенціали точок, в яких перебував пробний заряд до і після виконання роботи силами електричного поля з його переміщення.
відповідно φ, і φ 2 і врахувати, що W = φ q, то можна записати
А = W1 - W2 = q(φ1- φ 2)
Значення цієї роботи пропорційне значенню переміщуваного заряду і залежить від того, з якої в яку точку переміщується заряд.
Електростатичне поле — поле, створене нерухомими в незмінними в часі електричними зарядами (за відсутності електричних струмів). Електричне поле є особливим видом матерії, пов'язаної з електричними зарядами та передає дії зарядів один на одного.
Якщо в система заряджених тіл, то в кожній точці цього снує силове електричне поле. Його визначають силою, що діє на пробний точковий заряд, поміщений в це поле. Пробний заряд повинен бути мізерно малим, щоб не вплинути на характеристику електростатичного поля.
Електричне поле називають однорідним, якщо вектор його напруженості однаковий у всіх точках поля.
Основні характеристики електростатичного поля:
напруженість поля
електростатичний потенціал
Потенціал електричного поля — енергетична характеристика електричного поля; скалярна величина, що дорівнює відношенню потенціальної енергії заряду в полі, до величини цього заряду.
