По каким причинам физические тела плавают на поверхности воды?
1) Дерево плавает потому, что плотность меньше, чем у воды.
2) Мяч плавает из-за воздуха, содержащегося внутри мяча.
3) Сера плавает потому что водой не смачивается.
По каким причинам еще могут плавать тела на поверхности воды? Или я написал исчерпывающий список причин?
Ответы (3):
Условие плавания тел в общем виде такое (из учебника Физика-7): если сила Архимеда (выталкивающая сила) больше силы тяжести действующую на тело, то тело всплывает и плавает на поверхности воды. Из него вытекает условие плавание, связанное со средней плотностью тел и жидкости. Первые два примера это и есть примеры, вытекающие из данного условия.
Третий пример, связан с силами поверхностного натяжения (мне на всю жизнь запомнился плавание стальной иглы на поверхности воды, оказывается перед опытом наш учитель просто несколько раз прокатывал иголку пальцами, тем самым смазывая его жиром). То есть в данном случае кроме силы Архимеда возникает еще и сила поверхностного натяжения, направленная вверх.
Четвертый пример, большая скорость движения (катера на крыльях). Архимедова сила + подъемная сила.
Отдельно можно выделить пятый пример, когда тело плавает за счет воздушной подушке. (суда на воздушных подушках под "юбками"). Архимедова сила + сила давления воздуха.
Значит еще более в общем виде условие плавание можно написать так: сила тяжести меньше сила Архимеда плюс еще какие-то силы, направленные вверх.
В принципе, пункты 1) и 2) это одно и тоже по своей сути - общая плотность тела.
Сюда можно ещё добавить и
4) скорость движения по поверхности воды.
А также и
5) силу поверхностного натяжения воды (с серой там ещё и эффект флотации).
Пп. 1 и 2 верны безусловно, п. 3 может быть верен только для мелких кусочков серы, потому что тут работает не объём, а периметр. Вода не смачивает серу и поэтому поверхностное натяжение направленно вверх. И если вес кусочка меньше этой силы, то кусочек останется на поверхности воды.
Арифметика тут простая: вес кусочка серы пропорционален третьей степени его размеров, а периметр - первой степени. Так что отношение вес/сила поверхностного натяжения с ростом размеров довольно быстро увеличивается, и в какой-то момент вес, тысызыть, перевешивает.