Действие какой силы является причиной возникновения давления

Архимедова сила: что это такое и как действует

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!».

‍Открытие Закона Архимеда

‍

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».

‍Дональд Дак поднимает со дна яхту при помощи шариков для пинг-понга.

© Walt Disney Corporation, 1949

‍

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 PHYSICS72020 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.

Источник

Причины повышения артериального давления

Повышенное или высокое артериальное давление (далее АД) — это состояние, разнообразное по своим проявлениям. В его основе лежит усиление тонуса артериол — мелких кровеносных сосудов, которые предшествуют капиллярам. Часто это состояние является физиологичным и не несет угрозы жизни. Например, у здорового человека ночью его показатели немного снижаются, а утром, во время начала активности — повышаются.

Пороговые значения давления составляют 140/90 мм рт. ст. Превышение данных показателей свидетельствует о возможном развитии заболевания и необходимости консультации с лечащим врачом.

Если повышение артериального давления приобретает систематический характер, то есть повторяется неоднократно, говорят о развитии такого заболевания как гипертоническая болезнь, эссенциальная гипертензия или артериальная гипертония. Артериальная гипертония часто сопровождает многие хронические заболевания, например, сахарный диабет или ишемическую болезнь сердца.

Основные причины

«У меня высокое давление», — часто говорят в обиходе. Это состояние повышения артериального давления может быть связано с воздействием различных причин. Учет факторов, способствующих развитию сердечно-сосудистых осложнений, — или общий сердечно-сосудистый риск — очень важен для своевременной диагностики артериальной гипертонии. Благодаря ему врач может вовремя оценить прогноз и необходимость лечения, ведь гипертония часто протекает бессимптомно.

При стабильно повышенном артериальном давлении обычно выделяют два типа гипертонии: первичную и вторичную.

1. Первичная или эссенциальная гипертензия (по-другому, ее еще называют гипертоническая болезнь). Гипертоническая болезнь преобладает среди всех форм артериальной гипертонии, её распространенность составляет свыше 90%. Это хронически протекающее заболевание, при котором повышенное АД не связано с выявлением явных причин, приводящих к развитию вторичной артериальной гипертензии. Чаще всего заболевание развивается медленно, на протяжении многих лет, под воздействием различных негативных факторов, как правило, на фоне наследственной предрасположенности.

2. Вторичная или симптоматическая гипертензия. Это заболевания, при которых причиной повышения АД является поражение различных органов или систем, и артериальная гипертония является лишь одним из симптомов заболевания. Она может развиться на фоне ряда заболеваний или патологических состояний, например, эндокринных заболеваний, хронических заболеваний почек, патологии кровеносных сосудов и многих других. Кроме того, прием некоторых лекарственных средств (гормональных противозачаточных средств, кортикостероидов и др.) может являться причиной развития вторичной артериальной гипертонии.

Из-за многообразия причин гипертонии пациентам сложно самостоятельно оценить уровень риска. Поэтому, для своевременной диагностики необходима консультация врача. Он назначит необходимое лечение и подскажет, что нужно делать для профилактики развития осложнений.

Факторы риска

На увеличение уровня артериального давления могут воздействовать многочисленные факторы риска. Их длительное воздействие на фоне наследственной предрасположенности к развитию, тех или иных заболеваний, может приводить к развитию гипертонической болезни. Контроль факторов риска позволит уменьшить вероятность развития осложнений, например, инфарктов, инсультов.

• Возраст.Риски развития гипертонии увеличиваются с возрастом. Как правило, первые случаи проявляются у мужчин в возрасте до 55, у женщин — после 65 лет. По данным ВОЗ, высокое артериальное давление наблюдается у каждого третьего взрослого человека в мире. Влияние возраста в этом случае связано с возрастными изменениями сосудов и увеличением числа сопутствующих хронических заболеваний. Играет роль и накопительный эффект действия других факторов риска, например, избыточного веса, вредных привычек, малоподвижного образа жизни, нездорового питания.

• Наследственная предрасположенность. Семейный анамнез — один из важнейших факторов при оценке рисков повышения артериального давления и развития сердечно-сосудистых заболеваний. Особое значение имеют раннее развитие заболеваний в семье, в частности, для мужчин — ранее 55 лет, для женщин — ранее 654. При этом наследование склонности к повышенному артериальному давлению оценивается от 35 до 50%.
• Избыточный вес или ожирение. Избыток массы тела тесно связан с повышением артериального давления. А вот потеря каждых 5 кг лишнего веса может способствовать снижению показателей на 2-10 мм рт. ст.
• Низкая физическая активность или ее отсутствие. Отсутствие физической активности, по мнению ВОЗ, является 4-м по значению фактором риска смертности в мире. Согласно рекомендациям ВОЗ, взрослые люди в возрасте от 18 до 64 лет должны уделять физической нагрузке не менее 150 минут в неделю. Для людей старше 65 лет эти рекомендации сохраняются с учетом того, что упражнения должны быть посильными и соответствовать физическим возможностям пациентов.
• С другой стороны, чрезмерная, непосильная физическая нагрузка может вызвать повышение давления даже у здорового и тренированного человека. У ослабленных, физически неподготовленных людей внезапная нагрузка обычно вызывает более выраженное повышение уровня артериального давления.
• Неправильное питание. Несоблюдение принципов здорового, рационального питания может увеличить риски развития ряда сердечно-сосудистых заболеваний. В частности, большое количество в пище животных жиров влияет на уровень холестерина в крови. Это может приводить к образованию атеросклеротических бляшек, сужающих просвет кровеносных сосудов. Малое количество фруктов и овощей в рационе также может влиять на риск развития повышения артериального давления. Продукты растительного происхождения являются для человека одним из основных источников солей калия и магния. Их дефицит приводит к нарушению солевого баланса и повышению артериального давления.
• Избыток соли в рационе Данные многочисленных клинических исследований подтверждают: регулярное употребление в пищу свыше 9-12 г поваренной соли приводит к повышению артериального давления. Уменьшение количества соли до 5 г в сутки снижает уровень артериального давления на 4-5 мм рт. ст.
• Злоупотребление алкоголем. Существует тесная связь между значительным употреблением алкоголя и артериальной гипертонией. Специалисты рекомендуют исключить употребление алкоголя.
• Длительный стресс. Отрицательное воздействие на организм может оказывать как затяжной стресс, так и кратковременные интенсивные эмоциональные переживания. Риск развития гипертонии может быть повышен у людей, склонных к резкой эмоциональной реакции на раздражающие факторы.
• Курение — является причиной повышения артериального давления и частоты сердечных сокращений в течение как минимум 15 минут после выкуривания каждой сигареты. Известно, что никотин негативно воздействует на тонус кровеносных сосудов, способствуя нарушению функции эндотелия — внутренней стенки сосудов. Полный отказ от курения уменьшает риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний, например, инфарктов и инсультов, развития ишемической болезни сердца.

Оригинал статьи: https://helpheart.ru/arterialnoe-davlenie/riski-prichiny-i-posledstviya/prichiny-i-posledstviya/

Источник