Жидкости (равно как и газы) создают давление на дно сосуда, в котором они находятся, — об этом знает каждый. Данное явление названо гидростатическим давлением, и обусловлено оно действием силы тяжести — в невесомости любая жидкость, собравшись в шар или расползшись по стенкам сосуда, никуда и ни на что давить не будет. На Земле гидростатическое давление, подчиняющееся закону Паскаля, играет огромную роль, о чем будет рассказано ниже.
Конечно, все знают, что жидкости и газы давят вниз, на дно сосуда. Однако многим кажется невероятным, что жидкости оказывают давление на все стороны, в том числе и вверх. Убедиться, что это так, можно на нескольких показательных примерах, которые, ко всему прочему, помогут понять еще одну важную вещь — если бы жидкости (и газы) не давили вверх, жизнь на Земле была бы достаточно сложной.
Одним из главных доказательств существования в жидкости давления, направленного вверх, служит сила Архимеда — выталкивающая сила, действующая на все находящиеся в жидкостях и газах тела. Закон Архимеда гласит, что погруженное в жидкость тело становится легче ровно настолько, сколько весит вытесненный этим телом объем жидкости. Как можно заметить, здесь речь идет именно о весе — силе, возникающей под действием силы тяжести. Ну а как закон Архимеда, открытый в III веке до н. э., связан с законом Паскаля, выведенным в середине XVII века?
Архимедова сила легко находится из закона Паскаля. Как известно, на разной глубине в жидкости существует разное давление — чем больше глубина (а если точнее — чем выше столб жидкости и площадь, на которую он оказывает давление), тем больше и давление. Разность давлений наблюдается даже на самых маленьких расстояниях, хотя она, конечно, очень мала. Именно это различие давлений на разных глубинах и обуславливает возникновение выталкивающей силы. На верхнюю и нижнюю части погруженного в жидкость тела действуют разные по величине силы. Нижняя, погруженная на большую глубину, чем верхняя, испытывает и большее давление. Это давление не уравновешивается давлением, оказываемым жидкостью на верхнюю часть, и в буквальном смысле слова выталкивает это тело вверх, к поверхности.
Получается, что сила Архимеда существует только благодаря свойству жидкостей давить вверх. Важность этого трудно переоценить, ведь в противном случае любое тело, оказавшись в воде, моментально падало бы на дно и ни о каком плавании не шло бы и речи. Однако следствия «однобокого» давления жидкостей и газов куда более широки и неприятны для человека. Не будь давления вверх, неуравновешенное давление вниз стремилось бы неограниченно сжать жидкость — в этом случае вся вода на Земле перешла бы в свою твердую фазу, то есть лед. Но хуже всего дело обстояло бы с воздухом, ведь газы тоже подчиняются закону Паскаля, а это значит, что и атмосфера Земли, неограниченно сжимаясь, сначала обратилась бы в жидкость, а потом и в лед из кислорода, азота и других газов.
Все жидкости и газы давят не только вниз, на дно сосуда, но и вверх, порождая выталкивающую силу и обеспечивая само существование жидкого и газообразного агрегатных состояний вещества.
