Как спирт воду вытесняет

Архимедова сила: что это такое и как действует

Рассказываем, почему железные корабли не тонут, а воздушные шары летают, что такое «эврика» и при чём здесь Дональд Дак.

Гениальный учёный Архимед, живший в древнегреческих Сиракузах в III веке до нашей эры, прославился среди современников как создатель оборонительных машин, способных перевернуть боевой корабль. Другое его изобретение, «Архимедов винт», по сей день остаётся важнейшей деталью гигантских буровых установок и кухонных мясорубок. Мир обязан Архимеду революционными открытиями в области оптики, математики и механики.

Его личность окутана легендами, порой весьма забавными. С одной из них мы и начнём нашу статью.

«Эврика!» Открытие закона Архимеда

Однажды царь Сиракуз Гиерон II обратился к Архимеду с просьбой установить, действительно ли его корона выполнена из чистого золота, как утверждал ювелир. Правитель подозревал, что мастер прикарманил часть драгоценного металла и частично заменил его серебром.

В те времена не существовало способов определить химический состав металлического сплава. Задача поставила учёного в тупик. Размышляя над ней, он отправился в баню и лёг в ванну, до краёв наполненную водой. Когда часть воды вылилась наружу, на Архимеда снизошло озарение. Такое, что учёный голышом выскочил на улицу и закричал «Эврика!», что по-древнегречески означает «Нашёл!».

Он предположил, что вес вытесненной воды был равен весу его тела, и оказался прав. Явившись к царю, он попросил принести золотой слиток, равный по весу короне, и опустить оба предмета в наполненные до краёв резервуары с водой. Корона вытеснила больше воды, чем слиток. При одной и той же массе объём короны оказался больше, чем объём слитка, а значит, она обладала меньшей плотностью, чем золото. Выходит, царь правильно подозревал своего ювелира.

Так был открыт принцип, который теперь мы называем законом Архимеда:

На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела.

Эта выталкивающая сила и называется силой Архимеда.

Формула силы Архимеда

На любой объект, погружённый в воду, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Таким образом, вес объекта, погружённого в воду, будет отличаться от его веса в воздухе в меньшую сторону. Разница будет равна весу вытесненной воды.

Чем больше плотность среды — тем меньше вес. Именно поэтому погрузившись в воду, мы можем легко поднять другого человека.

Выталкивающая сила зависит от трёх факторов:

• плотности жидкости или газа (p);
• ускорения свободного падения (g);
• объёма погружённой части тела (V).

Сопоставив эти данные, получаем формулу:

Как действует сила Архимеда

Поскольку сила Архимеда, действующая на тело, зависит от объёма его погружённой части и плотности среды, в которой оно находится, можно рассчитать, как поведёт себя то или иное тело в определённой жидкости или газе.

Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.

Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.

Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдёт на дно.

Сила Архимеда в жидкости: почему корабли не тонут

Корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Но если корабль получит пробоину и пространство внутри заполнится водой, то общая плотность судна увеличится, и оно утонет.

В подводных лодках существуют специальные резервуары, заполняемые водой или сжатым воздухом в зависимости от того, нужно ли уйти на глубину или подняться ближе к поверхности. Тот же самый принцип используют рыбы, наполняя воздухом специальный орган — плавательный пузырь.

На тело, плотно прилегающее ко дну, выталкивающая сила не действует. Это учитывают при подъёме затонувших кораблей. Сначала судно слегка приподнимают, позволяя воде проникнуть под него. Тогда давление воды начинает действовать на корабль снизу.

Но чтобы поднять корабль на поверхность, необходимо уменьшить его плотность. Разумеется, воздух в получившем пробоину корпусе не удержится. Поэтому его заполняют каким-нибудь лёгким веществом, например, шариками пенополистирола.

Примечательно, что эта идея впервые пришла в голову не учёным, а авторам диснеевского комикса, в котором Дональд Дак таким образом поднимает со дна яхту Скруджа Макдака. Датский инженер Карл Кройер (Karl Krøyer), впервые применивший метод на практике, по собственному признанию вдохновлялся «Утиными историями».

Сила Архимеда в газах: почему летают дирижабли

В воздухе архимедова сила действует так же, как в жидкости. Но поскольку плотность воздуха обычно намного меньше, чем плотность окружённых им предметов, выталкивающая сила оказывается ничтожно мала.

Впрочем, есть исключения. Воздушный шарик, наполненный гелием, стремится вверх именно потому, что плотность гелия ниже, чем плотность воздуха. А если наполнить шар обычным воздухом — он упадёт на землю. Плотность воздуха в нём будет такая же, как у воздуха снаружи, но более высокая плотность резины обеспечит падение шарика.

Этот принцип используется в аэростатах — воздушные шары и дирижабли наполняют гелием или горячим воздухом (чем горячее воздух, тем ниже его плотность), чтобы подняться, и снижают концентрацию гелия (или температуру воздуха), чтобы спуститься. На них действует та же выталкивающая сила, что и на подводные лодки. Именно поэтому перемещения на аэростатах называют воздухоплаванием.

Учите физику вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду PHYSICS72021 вы получите бесплатный доступ к курсу физики 7 класса, в котором изучается архимедова сила.

Когда сила Архимеда не работает

• Если тело плотно прилегает к поверхности. Если между телом и поверхностью нет жидкости или газа — нет и выталкивающей силы. Именно поэтому подводным лодкам нельзя ложиться на илистое дно — мощности их двигателей не хватит, чтобы преодолеть давление толщи воды сверху.
• В невесомости. Наличие веса у жидкости или газа — обязательное условие для возникновения архимедовой силы. В состоянии невесомости горячий воздух не поднимается, а холодный не опускается. Поэтому на МКС создают принудительную конвекцию воздуха с помощью вентиляторов.
• В растворах и смесях. Если в воду налить спирт, на него не будет действовать сила Архимеда, хотя плотность спирта меньше плотности воды. Поскольку связь между молекулами спирта слабее, чем связь молекул воды, он растворится в воде, и образуется новая жидкость — водный раствор спирта.

У нас вы сможете учиться в удобном темпе, делать упор на любимые предметы и общаться со сверстниками по всему миру.

Попробовать бесплатно

Интересное по рубрике

Найдите необходимую статью по тегам

Подпишитесь на нашу рассылку

Мы в инстаграм

Домашняя онлайн-школа
Помогаем ученикам 5–11 классов получать качественные знания в любой точке мира, совмещать учёбу со спортом и творчеством

Посмотреть

Рекомендуем прочитать

Реальный опыт семейного обучения

Звонок по России бесплатный

Пишите нам письма

Посмотреть на карте

Если вы не нашли ответ на свой вопрос на нашем сайте, включая раздел «Вопросы и ответы», закажите обратный звонок. Мы скоро свяжемся с вами.

Источник

Спирт в воду или наоборот: как правильно разводить спирт водой в домашних условиях

А для чего, собственно, разводят спирт? Чаще всего для того, чтобы приготовить алкогольный напиток.

Для чего разводят спирт

Конечно, его разводят и на производстве. Но вопрос о том, как правильно — лить спирт в воду или наоборот, чаще всего возникает при приготовлении алкоголя в домашних условиях. Это может быть все что угодно, необязательно водка. На основе спирта готовят различные наливки и настойки. Но перед тем как разбавить алкоголь водой, необходимо хорошо подготовиться и ознакомиться с определенными правилами. Иначе спиртные напитки получатся не слишком качественными.

Как разводить спирт водой

Этот процесс не включает в себя никаких сложных процедур. Просто нужно все сделать правильно. Как разбавить спирт водой? Для этого понадобятся только сам алкоголь (96%) и вода. Не рекомендуется брать жидкость из-под крана. Кипяченую воду тоже лучше сразу исключить. Лучше всего, перед тем как разбавлять спирт водой, приобрести ее в магазине. Она должна быть хорошо охлаждена, но не заморожена. Так что же лить? Спирт в воду или наоборот? Что говорят технологи? Необходимо тонкой струйкой влить алкоголь в воду.

Почему именно так? Если сделать наоборот, то при снижении крепости раствор сильно нагревается, и освобождаются все токсины и остальные вредные вещества.

Что делать дальше

Раствор должен отстояться. Минимальный срок – 2 дня. Но лучше подождать неделю. Отстаивать разведенный спирт необходимо в темном месте. Бутыль следует наливать до самого горла, чтобы не начался процесс окисления. Еще один важный момент при разбавлении спирта водой: если лить воду в алкоголь, то раствор, скорее всего, приобретет мутный цвет, да и запах у него будет именно спиртовой, а не водочный.

Разведение спирта с точки зрения химиков

Если человек хоть немного знаком с этой наукой, то вопрос о том, что лить — спирт в воду или наоборот, ему даже в голову не придет. Ведь любой химик знает, что именно растворяемое средство нужно вливать в растворитель, и не наоборот. Это позволяет снизить количество выделяемого тепла. Всегда именно кислоту льют в воду. И даже литий с калием бросают в воду, а не обливают их жидкостью.

Так как спирт – один из сильнейших окислителей, то при добавлении его в воду раствор нагреется. А это приведет к образованию пероксида, угольной и уксусной кислот и различных ядов, которые и вызывают дикое похмелье. Еще нужно не забывать встряхивать тару с раствором периодически. Тогда элементы будут лучше взаимодействовать. Вредных компонентов в растворе при правильно проведенной процедуре останется минимальное количество.

Но и опять же нельзя забывать об отстаивании в прохладном темном месте. За это время все компоненты смешаются, а образовавшиеся газы улетучатся.

Правильные пропорции

Сколько добавлять воды в спирт? Считается, что изобретателем водки является Менделеев. Вот на его расчеты и стоит равняться. Идеальной пропорцией считается 2:3. Это 2 части спирта и 3 части воды. Такое соотношение считается идеальным.

Но то, в каких пропорциях разводить спирт с водой, личное дело каждого. Не всех устраивает крепость в 40 о . Кто-то предпочитает шестидесятиградусный напиток, а для кого-то и 38 – многовато. Поэтому тут все зависит от того, какой крепости нужно добиться в итоге.

Нужно ли взбалтывать

Ученые не утверждают, что раствор необходимо взбалтывать. Ведь если процедура проведена правильно, то спирт и так прекрасно растворится. Но вот если состав алкоголя не самый идеальный, то при встряхивании все вредные вещества распадутся на газ и воду.

Что вливать — спирт в воду или наоборот, разобрались. Главное, учесть некоторые нюансы. Еще одним важным моментом в этом процессе является качество воды. От нее тоже многое зависит.

Какой должна быть вода

В первую очередь, при разбавлении спирта вода не должна быть жесткой. То есть содержание магния и кальция в ней должно быть минимальным. От жесткой воды напиток может приобрести мутный цвет, да и вкус его изменится не в лучшую сторону.

Вода из крана. Ее лучше не использовать в таком случае. Во-первых, ее жесткость просто зашкаливает, а во-вторых, в ней очень большое содержание хлора. Это тоже негативно скажется на качестве напитка.

Но если все же придется использовать именно такую воду, то ее нужно правильно подготовить. Для того чтобы из нее испарился хлор, ей нужно дать отстояться хотя бы несколько часов. После воду нужно довести до кипения и охладить. Дальше желательно для очистки использовать еще и фильтр. Только после этого воду можно использовать.

Вода из родника

Часто можно слышать о том, что именно ключевая вода – идеальный вариант для разведения спирта. Но это не совсем так. Конечно, ключевая вода чаще всего имеет отличные вкусовые качества, но определить, насколько она жесткая, можно только в специальной лаборатории.

К тому же ее качество сильно зависит еще и от природных условий: времени года, осадков. Так что такая водичка тоже не самый лучший вариант. Для пробы можно развести небольшое количество спирта и посмотреть на результат. Если раствор останется прозрачным, а вкус приемлемым, то можно дальше использовать эту воду.

Вода из магазина

Вот это именно то, что советуют квалифицированные специалисты. Тут можно быть уверенным и в составе, и в жесткости. Ведь все это указано на этикетке. Осталось только найти воду, жесткость которой не превышает 1 мг-экв/л. Стоит отметить, что на полках современных супермаркетов такой продукции много. Если именно жесткость не указана на бутылке, то нужно обратить внимание на количество кальция (не больше чем 10 мг/л) и магния (не больше чем 8 мг/л).

Дистиллированная вода

На первый взгляд – идеальный вариант. Так как примесей нет никаких, то раствор точно не станет мутным. Но тут тоже есть свои нюансы. Нужно определиться, для чего будет использован раствор в дальнейшем. Если на его основе будет приготовлена настойка или наливка с ярко выраженным вкусом, то дистиллированная вода – прекрасный вариант. У такой жидкости нет вкуса. Поэтому свойства трав или ягод в напитке раскроются в полной мере.

А вот если нужно приготовить водку, то эта жидкость совершенно не подходит. Причем причина та же – она не имеет вкуса. Считается, что вкус водки напрямую зависит от вкуса воды. Ведь алкоголь, какой бы он ни был, имеет те же вкусовые качества, что и жидкость. Перед тем как разбавить спирт водой, необходимо принять все меры безопасности и ни в коем случае не проводить эту процедуру рядом с открытым огнем.

Источник