Будет ли плавать гигантская твердая колонна? - физиков.нет
Винтажный Клуб для гитаристов
2 голосов
/

Этот вопрос первоначально был вдохновлен этим вопросом:

Почему давление воздуха на поверхности Земли точно равно весу всего столба воздуха над ним

В ней автор упоминает очень высокий сплошной столбик (простирающийся полностью в космос) , основание которого имеет площадь $1$ квадратный дюйм, а весит $14.7$ фунтов, что составляетравно давлению вблизи поверхности земли.

У меня такой вопрос: будет ли такой столбец ... плавать?

В конце концов, вес колонны составляет $14.7$ фунтов, ее основание имеет площадь $1$ квадратных дюймов, а давление воздуха у ее основания составляет $14.7$ фунтов на квадратный дюйм.

Итак, будет ли давление воздуха на его основании уравновешивать вес колонны?


Я предполагаю, что давление не изменится, как только мы положимсплошная колонна поверх воздуха.Я пока мало знаю о жидкостях, но это предположение может быть неверным ...

Спасибо!

Ответы [ 3 ]

1 голос
/

Если вы хотите знать, плавает ли что-то, вы должны сравнить плотности среды, в которой плавает вещь (здесь, атмосфера Земли), и вещи, которая плавает (сплошной столбецвоздух).Давление и вес разные вещи и не обязательно связаны между собой.

Таким образом, чтобы ответить на ваш вопрос, замораживая этот столб воздуха, вы не изменили бы массу, но уменьшили бы объем.Таким образом, вы бы увеличили плотность, потому что плотность это масса, деленная на объем.Таким образом, плотность замерзшего воздуха тяжелее плотности обычного воздуха, и ваша колонна опустится.

Если бы вы могли как-то заморозить колонну воздуха, не меняя плотности (я не понимаю, как вы могли бы это сделатьэто), тогда это будет нейтрально плавучий , потому что плотности равны.Другими словами, сила плавучести и силы тяжести будут точно сведены на нет, и не будет никакой чистой силы на цилиндр (исключая такие вещи, как трение).Технически нейтральная плавучесть - это не то же самое, что плавание, поскольку, если вы отпустите колонну на дне атмосферы (уровень моря), она останется там, а не всплывет вверх.

1 голос
/

Да, он должен плавать.

Найти твердое тело такого высокого роста с таким небольшим весом было бы сложно (предположительно, невозможно);но у нас уже есть замечательный пример чего-то газообразного, что делает это: воздух.

Воздух в любой точке поверхности развивает давление воздуха из-за веса всего воздуха над ним, который он имеет«держать» на месте.По сути, давление воздуха обладает достаточной силой, чтобы воздух над ним «удерживался».Если бы у вас был твердый предмет, который весил столько же, сколько и воздух, который он вытеснил, он бы плавал из-за плавучести ;это именно то, что делает сам воздух.

Если давление на дне объекта было равно атмосферному давлению, а давление на вершине равно 0 (как мы имеем в случае чего-то, выходящего из атмосферы), оно называетсябыть нейтрально плавучим и, таким образом, плавать.

0 голосов
/

Да, он будет плавать, потому что воздух намного легче воды, но для его плавания потребуется чудо.Воздух в нижней части колонны имеет давление 14,7 фунта на кв. Дюйм, потому что это вес воздуха, который давит на него сверху.Я не могу придумать, каким образом вы могли бы заключить эту колонку в море и спустить на воду.Если вы положите колонну горизонтально, чтобы плавать, 14,7 фунта на квадрат при нажатии на нее будут не от самой колонки, а от внешней атмосферы.Я знаю, что мысленные эксперименты могут иметь сценарии, которые невозможны в реальном мире, но они обычно делают это, чтобы проиллюстрировать принцип.Этот не делает.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...