Наверно, все еще в детстве замечали, что любое тело, опущенное в воду, кажется легче, чем око было до этого на воздухе. Например, когда мы наполняем ведро в колодце, то замечаем вес ведра лишь после того, как поднимем его над поверхностью воды. Вода как бы поддерживает погруженное в нее тело.
Уменьшение веса тела, плавающего в воде, имеет большое значение как для строительства подводных сооружений, так и для строительства различного рода судов. Опыты, которые мы сейчас проделаем, помогут нам разобраться в этом интересном явлении и сформулировать соответствующий закон.
Во-первых, попробуем установить, на сколько становится легче тело, полностью погруженное в воду. Для этого нам понадобятся точные лабораторные весы, обыкновенные рычажные весы, набор гирь, отдельно две гири по 0,5 килограмма каждая, два стакана, одно блюдце, тонкая, но прочная нить и штатив.
Прежде всего возьмем лабораторные весы и поставим на одну чашку гирю весом 0,5 килограмма. Вторую такую же гирю подвесим за нитку к коромыслу весов над свободной чашкой (см. рисунок). Легко заметить, что стрелка весов остается по-прежнему на нуле. Теперь придвинем к весам штатив и опустим висящую гирю в стоящий на нем стакан с водой так, как это показано на рисунке.
Левая чашка весов стала легче, и для того чтобы ее снова уравновесить, на нее нужно положить несколько гирек. Этот опыт доказывает, что погруженное в воду тело становится легче.
Возьмем рычажные весы. На каждую из чашек поставим по одинаковому стакану, в которые налито по равному количеству воды. При этом весы у нас, конечно, останутся в состоянии равновесия. Осторожно опустим в один из стаканов привязанную на ниточке гирю весом 0,5 килограмма. Несмотря на то что делаем мы это очень осторожно и наша гиря не коснулась ни дна, ни стенок стакана, тем не менее стакан наш стал тяжелее, и чашка весов, на которой он стоит, пошла вниз.
Положим на другую чашку весов столько гирек, сколько нужно для того, чтобы весы снова пришли в состояние равновесия. Сравним гири, которые мы клали на весы в первом и во втором случаях (когда выравнивали вес опущенных в воду гирь). Мы увидим, что в обоих случаях уменьшение веса было одинаковым. Небольшая ошибка, которая может здесь произойти, объясняется тем, что этот опыт очень трудно произвести с безупречной точностью. Отсюда мы можем сделать вывод, что жидкость, в которой плавает какое-либо тело, становится тяжелее на такую же самую величину, на какую делается легче погруженное в жидкость тело.
Попробуем установить, в каком соотношении находится это изменение веса к весу той жидкости, которую вытесняет плавающее тело. Возьмем стакан с водой из только что проделанного нами опыта и поставим его на глубокое блюдце. Дольем в него столько воды, чтобы она поднялась до краев стакана. Если вода хоть чуть-чуть перельется через край стакана, нужно удалить ее капли из блюдца с помощью промокательной бумаги.
Затем ту же гирю, весом 0,5 килограмма, опустим на нитке в стакан с водой. Взвесим воду, которая вылилась при этом из стакана в блюдце.
Убеждаемся, что вес этой воды равен тому весу, который мы должны были дополнительно класть на чашки весов в двух предыдущих опытах.
Таким образом мы установили, что вытесненная телом вода весит ровно столько, сколько потеряло в своем весе вытеснившее ее тело, и прибавила в своем весе жидкость, в которую это тело опущено.
Проделанные нами опыты наглядно показали, что любое погруженное в воду тело делается легче, чем оно было на воздухе. Поэтому, например, поднять камень под водой гораздо легче, чем в воздухе.
Тело, погруженное в воду, поддерживается водой. Само тело становится на столько легче, сколько весила вытесненная им вода. Когда тело плавает, вес вытесненной им воды в точности равен весу самого тела. Эти законы были открыты еще за три столетия до нашей эры великим физиком и математиком древности Архимедом.
