Этот вопрос был первоначально вдохновлен этим:
Почему давление воздуха у поверхности земли в точности равно весу всего столба воздуха над ней
В нем автор упоминает очень высокую массивную колонну (уходящую в космос), основание которой имеет площадь квадратный дюйм, и который весит фунтов, что равно давлению у поверхности земли.
Мой вопрос таков: будет ли такая колонна... плавать?
Ведь вес колонны фунтов, его основание имеет площадь квадратный дюйм, а давление воздуха у его основания равно фунтов на квадратный дюйм.
Итак, уравновесит ли давление воздуха у основания вес колонны?
Я предполагаю, что давление не изменится, если мы поместим твердый столб поверх воздуха. Я пока мало что знаю о жидкостях, но это предположение может быть неверным...
Спасибо!
Да, должно плавать.
Найти твердое тело такой высоты с таким малым весом будет сложно (предположительно невозможно); но у нас уже есть отличный пример чего-то газообразного, что делает это: воздух.
Воздух в любой заданной точке на поверхности развивал свое воздушное давление из-за веса всего воздуха над ним, который он должен «удерживать» на месте. По сути, давление воздуха имеет достаточную силу, чтобы удерживать воздух над ним «поддерживая». Если бы у вас был твердый объект, который весил бы столько же, сколько вытесненный им воздух, он бы плавал благодаря плавучести ; именно это и делает сам воздух.
Если давление на дне объекта равно атмосферному давлению, а давление наверху равно 0 (как мы имеем в случае чего-то, выступающего из атмосферы), говорят, что оно имеет нейтральную плавучесть, и, таким образом , бы поплыл.
Если вы хотите знать, плавает ли что-то, вам нужно сравнить плотности среды , в которой плавает предмет (здесь, атмосфера Земли), и предмета, который плавает (твердый столб воздуха). Давление и вес — разные вещи и не обязательно связаны между собой.
Итак, чтобы ответить на ваш вопрос, замораживая этот столб воздуха, вы не изменили бы массу, но уменьшили бы объем. Таким образом, вы увеличите плотность, потому что плотность - это масса, деленная на объем. Таким образом, плотность замерзшего воздуха больше, чем плотность обычного воздуха, и ваша колонна утонет.
Если бы можно было каким-то образом заморозить столб воздуха, не меняя плотности (я не понимаю, как это сделать), то он был бы нейтрально плавучим, потому что плотности равны. Другими словами, выталкивающая сила и силы гравитации точно компенсируются, и на цилиндр не действует результирующая сила (исключая такие вещи, как трение). Технически нейтральная плавучесть — это не то же самое, что плавание, поскольку, если вы отпустите свою колонну на дне атмосферы (уровень моря), она останется там, а не всплывет вверх.
Да, он будет плавать, потому что воздух намного легче воды, но для того, чтобы его плавать, потребуется чудо. Воздух в нижней части колонны имеет давление 14,7 фунта на квадратный дюйм, потому что это вес воздуха, давящего на него сверху. Я не могу придумать, как вы могли бы инкапсулировать эту колонну и плавать в море. Если бы вы положили колонну горизонтально, чтобы она плавала, 14,7 фунта на квадратный метр при нажатии на нее были бы не от самой колонны, а от внешней атмосферы. Я знаю, что в мысленных экспериментах могут быть сценарии, невозможные в реальном мире, но обычно они делают это, чтобы проиллюстрировать принцип. Это не так.
Нильс Нильсен