Projekt o fiziki "plavanje teles". Projektno delo "Arhimedov zakon. Plavanje teles" Pogoji za lebdenje telesa v tekočini

Vrsta lekcije:študij

Uporabljene tehnologije: Tradicionalno, skupinsko, inovativno.

Namen lekcije: Ugotovite pogoje za plavajoča telesa glede na gostoto tekočine in telesa, jih asimilirajte na ravni razumevanja in uporabe z uporabo logike znanstvenega znanja.

Naloge:

1. teoretično in eksperimentalno vzpostaviti razmerje med gostoto telesa in tekočine, ki je potrebno za zagotavljanje pogojev za lebdenje teles;
2. nadaljevati z oblikovanjem sposobnosti učencev za izvajanje eksperimentov in sklepanje iz njih;
3. razvijanje sposobnosti opazovanja, analiziranja, primerjanja, posploševanja;
4. spodbujanje zanimanja za predmet;
5. vzgoja kulture pri organizaciji vzgojno-izobraževalnega dela.

Pričakovani rezultati:

vedeti: Pogoji plovbe tel.

Biti zmožen: Eksperimentalno ugotovite pogoje za plavajoča telesa.

oprema: Multimedija, zaslon, kartice posameznih nalog, tabela gostote, testni materiali.

Med poukom

Aktiviranje znanja:

Učitelj:

– V prejšnjih lekcijah smo obravnavali vpliv tekočine in plina na telo, potopljeno vanje, preučevali Arhimedov zakon, pogoje za plavajoče telo. Temo današnje lekcije se bomo naučili z reševanjem križanke.

Vodoravno: 1. Divizijska enota. 2. Enota mase. 3. Več enot za maso. 4. Enota površine. 5. Enota časa. 6. Enota sile. 7. Enota prostornine. 8. Enota dolžine.

Odgovori: 1. Pascal. 2. Kilogram. 3. Tona. 4. Kvadratni meter. 5. Ura. 6. Newton. 7. Liter. 8. Merilnik.

(Tema lekcije je zapisana v zvezku)

Učitelj: Toda zdaj, preden nadaljujemo z reševanjem eksperimentalnih problemov, bomo odgovorili na nekaj vprašanj. Kakšna sila nastane, ko je telo potopljeno v tekočino?

Študentje: Arhimedova moč.

Učitelj: Kam je ta sila usmerjena?

Študentje: Usmerjena je navpično navzgor.

Učitelj: Od česa je odvisna Arhimedova sila?

Študentje: Arhimedova sila je odvisna od prostornine telesa in od gostote tekočine.

Učitelj: In če telo ni popolnoma potopljeno v tekočino, kako je potem določena Arhimedova sila?

Študentje: Nato je za izračun Arhimedove sile potrebno uporabiti formulo F A = ​​ρ x gV, kjer je V prostornina tistega dela telesa, ki je potopljen v tekočino.

Učitelj: Kako lahko eksperimentalno določimo Arhimedovo silo?

Študentje: Tekočino, ki jo izpodriva telo, lahko stehtate, njena teža pa bo enaka Arhimedovi sili. Najdete lahko razliko v odčitkih dinamometra pri tehtanju telesa v zraku in v tekočini, ta razlika je tudi enaka Arhimedovi sili. Volumen telesa lahko določite z ravnilom ali čašo. Če poznate gostoto tekočine, prostornino telesa, lahko izračunate Arhimedovo silo.

Učitelj: Torej vemo, da na vsako telo, potopljeno v tekočino, vpliva Arhimedova sila. In tudi, kakšna sila deluje na katero koli telo, potopljeno v tekočino?

Študentje: Sila gravitacije.

Učitelj: Ali lahko navedete primere teles, ki plavajo na površini vode? Katera telesa potonejo v vodi? Kako se lahko telo drugače obnaša v vodi? Kakšna so ta telesa? Poskusite uganiti, o katerem lebdečem telesu zdaj govorimo.

Danes čez morje
Velika vročina;
In plava v morju
Ledena gora.
Plavajoče in verjetno
meni:
Tudi na vročini se ne bo stopila.

Študentje: ledena gora.

Učitelj: Bi se kaj spremenilo, če bi vodo v oceanu takoj spremenili v kerozin?

(Študentje se zmedejo)

Na to vprašanje ne morete natančno odgovoriti. Imaš pa že ideje, hipoteze. Danes v lekciji skupaj rešimo problem: Ugotovite: Kakšni so pogoji za plavajoče telo v tekočini.

Reševanje raziskovalnih problemov:

V zvezek zapišite temo lekcije – "Pogoji za plavajoča telesa".

Učitelj: Fantje, ali veste, kateri znanstvenik je preučeval plavanje teles?

Študentje: Arhimed.

Učitelj: Poskusimo z raziskavami eksperimentalno preveriti vse podatke o pogojih lebdenja teles. To smo že storili pri preučevanju sile trenja. Vsaka skupina bo prejela svojo nalogo. Po opravljenih nalogah se bomo pogovorili o dobljenih rezultatih in ugotovili pogoje za lebdenje teles.

Vse rezultate zabeležite v zvezek. Dvignite roko, če imate kakršna koli vprašanja.

(Otroci prejmejo kartice z nalogami in opremo za njihovo izvajanje – 7 možnosti. Možnosti nalog niso enake glede na težavnost: prve so najpreprostejše, 6 in 7 težje. Podane so glede na stopnjo usposabljanja.)

Naloge:

Naloga za skupino 1:

1. Opazujte, katera od predlaganih teles potonejo in katera plavajo v vodi.
2. Poiščite gostoto ustreznih snovi v preglednici učbenika in primerjajte z gostoto vode.
3. Rezultate predstavi v obliki tabele.

oprema: posoda z vodo in komplet teles: jekleni žebelj, porcelanasti valj, kosi svinca, borova palica.

oprema: posoda z vodo in komplet teles: kosi aluminija, organsko steklo, penasta plastika, pluta, parafin.

Naloga za skupino 2:

1. Primerjajte globino potopitve v vodo lesenih in penastih kock enake velikosti.
2. Ugotovite, ali se globina potopitve lesene kocke v tekočine različnih gostot razlikuje. Rezultat poskusa pokažite na sliki.

oprema: dve posodi (z vodo in oljem), lesene in penaste kocke.

Naloga za skupino 3:

1. Primerjaj Arhimedovo silo, ki deluje na vsako od epruvet, s silo teže vsake epruvete.
2. Na podlagi rezultatov poskusov naredite zaključke.

oprema:čaša, dinamometer, dve epruveti s peskom (epruvete s peskom naj plavajo v vodi, potopljene na različne globine).

Naloga za skupino 4:

1. "Ali lahko 'naredite', da krompir plava v vodi? Krompir naj plava v vodi.
2. Pojasnite rezultate poskusa. Razporedite jih v obliki risb.

oprema: posoda z vodo, epruveta s kuhinjsko soljo, žlica, srednje velik krompir.

Delovna skupina 5:

1. Naj kos plastelina plava v vodi.
2. Naj kos folije plava v vodi.
3. Pojasnite rezultate poskusa.

oprema: posoda z vodo; kos plastelina in kos folije.

Učitelj: Govorili smo o stanju plavajočih trdnih snovi v tekočini. Ali lahko ena tekočina plava na drugi?

Delovna skupina 6: Opazovanje oljnega madeža, ki se dviga zaradi vzgona vode.

Cilj: Opazovati vzpon olja, potopljenega v vodo, s poskusom odkriti vzgonski učinek vode, nakazati smer vzgonske sile.

oprema: posode z oljem, vodo, pipeto.

Zaporedje poskusa:

1. S pipeto vzemite nekaj kapljic olja.
2. Pipeto spustite na globino 3-4 cm v kozarec vode.
3. Spustite olje in opazujte nastanek oljnega madeža na površini vode.
4. Naredite sklep na podlagi svojih izkušenj.

Po poskusu se razpravlja o rezultatih dela, rezultati se povzamejo.

Medtem ko učenci opravljajo naloge, opazujem njihovo delo, nudim potrebno pomoč.

Učitelj: Končamo delo, premaknemo aparate na rob mize. Nadaljujmo z razpravo o rezultatih. Najprej ugotovimo, katera telesa plavajo v tekočini in katera potonejo. (1. skupina)

Študentje: Eden od njih imenuje tista telesa, ki potonejo v vodi, drugi - telesa, ki plavajo, tretji primerja gostote teles vsake skupine z gostoto vode. Po tem vsi skupaj naredijo sklep.

Zaključki:

1. Če je gostota snovi, iz katere je narejeno telo, večja od gostote tekočine, potem telo potone.
2. Če je gostota snovi manjša od gostote tekočine, potem telo lebdi.

(Sklepi so zapisani v zvezke.)

Učitelj: Kaj se bo zgodilo s telesom, če sta gostoti tekočine in snovi enaki?

Študentje: dati odgovor.

Poglejmo, kako se obnašajo telesa, ki lebdijo na površini tekočine. fantje skupina 2 razmislili, kako se telesa iz lesa in pene obnašajo v isti tekočini. Kaj so opazili?

Študentje: Globina potopitve teles je različna. Stiropor plava skoraj na površini, drevo pa je rahlo potopljeno v vodo.

Učitelj: Kaj lahko rečemo o globini potopitve lesenega bloka, ki plava na površini vode, olja?

Študentje: V olju je palica potonila globlje kot v vodi.

Zaključek: Globina potopitve telesa v tekočino je torej odvisna od gostote tekočine in telesa samega.

Napišimo ta sklep.

Učitelj: Zdaj pa poglejmo, ali je mogoče narediti telesa, ki se običajno potopijo v vodo, na primer krompir, plastelin ali folija. (Skupina 4; Skupina 5)

kaj opazuješ?

Študentje: Utopijo se v vodi. Da je krompir plaval, smo vodo še posolili.

Učitelj: Kaj je narobe? Kaj se je zgodilo?

Študentje: Slana voda se je povečala v gostoti in postalo je močnejše potiskanje krompirja. Gostota vode se je povečala in Arhimedova sila je postala večja.

Učitelj: Prav. In fantje, ki so opravili nalogo s plastelinom, niso imeli soli. Kako vam je uspelo plastelin plavati v vodi?

Študentje: Iz plastelina smo naredili čoln. Ima večjo prostornino in zato plava. Iz plastelina lahko naredite škatlo, tudi plava. Ima tudi več volumna kot kos plastelina.

Izhod: Torej, da bi normalno toneča telesa plavala, lahko spremenite gostoto tekočine ali prostornino potopljenega dela telesa. V tem primeru se spremeni tudi Arhimedova sila, ki deluje na telo. Ali menite, da obstaja kakšna povezava med silo gravitacije in Arhimedovo silo za lebdeča telesa?

Učitelj:(6. skupina) Vrnimo se k preglednici gostote snovi. Pojasni, zakaj na vodi nastane oljni film.

Torej je problem rešen, torej tekočine, tako kot trdne snovi, so podvržene pogojem lebdenja teles.

Govorimo o tekočinah.

Ena plitva posoda je naenkrat povabila na obisk tri nemešljive tekočine različnih gostot in jih povabila, da se z vsemi ugodnostmi namestijo. Kako so se nahajale tekočine v gostoljubni posodi, če so bile: motorno olje, med in bencin.

Določite vrstni red tekočin.

Študentje:(3. skupina) V vodo smo potopili dve cevi peska, eno lažjo in eno težjo, in obe sta plavali v vodi. Ugotovili smo, da je Arhimedova sila v obeh primerih približno enaka sili težnosti.

Učitelj: Dobro opravljeno. Torej, če telo lebdi, potem je F A \u003d F težko. (piši na tablo). In če se telo potopi v tekočino?

Študentje: Potem je sila gravitacije večja od Arhimedove sile.

Učitelj: Kaj pa, če telo lebdi?

Študentje: Zato je Arhimedova sila večja od sile gravitacije.

Učitelj: Tako smo dobili stanje plavajočih teles. Ni pa povezano z gostoto telesa ali z gostoto same tekočine. (To odvisnost so upoštevali fantje 1. skupine). To pomeni, da je pogoje teles mogoče oblikovati na dva načina: s primerjavo Arhimedove sile in sile teže ali s primerjavo gostot tekočine in snovi v njej. Kje v tehniki se ti pogoji upoštevajo?

Študentje: Pri gradnji ladij. Včasih so izdelovali lesene ladje in čolne. Gostota lesa je manjša od gostote vode in ladje so plavale v vodi.

Učitelj: Kovinske ladje prav tako plavajo, a kosi jekla potopijo v vodo.

Študentje: Obdelamo jih tako kot mi s plastelinom: povečajo volumen, Arhimedova sila postane večja in lebdijo. Izdelujejo tudi pontone in podmornice.

Učitelj: Torej, v ladjedelništvu se uporablja dejstvo, da je s spreminjanjem prostornine mogoče skoraj vsakemu telesu dati vzgonu. Ali obstaja način za upoštevanje povezave med pogoji plavanja teles in spremembo gostote tekočine?

Študentje: Da, pri premikanju iz morja v reko se spremeni globina ugreza ladij.

Učitelj: Navedite primere uporabe pogojev lebdenja teles v tehniki.

Študentje: Pontoni se uporabljajo za prečkanje rek. Podmornice plavajo v morjih in oceanih. Za potapljanje je del njihovega rezervoarja napolnjen z vodo, pri površinskem potapljanju pa se voda izčrpa.

(Pokažem risbe sodobnih ladij.)

Učitelj: Pozorno poglejte jedrski ledolomilec. Pri nas deluje več takšnih ledolomilcev. So najmočnejši na svetu in lahko plujejo brez vstopa v pristanišča več kot eno leto. Toda o tem bomo več govorili v naslednji lekciji.

Postavitev plošče: Domača naloga § 48.

Tema lekcije: Pogoji plovbe tel.

Povzetek lekcije:

S fanti sklepamo o raziskavi. Še enkrat povzamemo pogoje za plavajoča telesa s pomočjo tabele, predstavljene na tabli.

odsev:

• Danes sem užival v lekciji...
• Hočem …
• Ugotovil sem …
• danes sem sam...

Plavanje je sposobnost telesa, da ostane na površini tekočine ali na določeni ravni v tekočini.

Vemo, da je vsako telo v tekočini podvrženo dvema silama, usmerjenima v nasprotni smeri: sili gravitacije in Arhimedovi sili.

Sila gravitacije je enaka teži telesa in je usmerjena navzdol, medtem ko je Arhimedova sila odvisna od gostote tekočine in je usmerjena navzgor. Kako fizika razlaga lebdenje teles in kakšni so pogoji za plavanje teles na površini in v vodnem stolpcu?

Arhimedova sila je izražena s formulo:

Fvyt \u003d g * m vodnjak \u003d g * ρ vdolbina * V vdolbina \u003d P vdolbina,

kjer je m w masa tekočine,

in P W je teža tekočine, ki jo je telo izrinilo.

In ker je naša masa enaka: m W = ρ W * VW, potem iz formule Arhimedove sile vidimo, da ni odvisna od gostote potopljenega telesa, temveč le od prostornine in gostote izpodrinjene tekočine. po telesu.

Arhimedova sila je vektorska količina. Razlog za obstoj vzgonske sile je razlika v tlaku na zgornjem in spodnjem delu telesa.Tlak, prikazan na sliki, je zaradi večje globine P 2 > P 1. Za nastanek Arhimedove sile je dovolj, da je telo vsaj delno potopljeno v tekočino.

Torej, če telo lebdi na površini tekočine, je vzgojna sila, ki deluje na del tega telesa, potopljenega v tekočino, enaka gravitaciji celotnega telesa. (Fa = P)

Če je sila gravitacije manjša od Arhimedove sile (Fa > P), se bo telo dvignilo iz tekočine, torej lebdelo.

V primeru, ko je teža telesa večja od Arhimedove sile, ki ga potiska ven (Fa

Iz nastalega razmerja je mogoče izpeljati pomembne zaključke:

Vzgojna sila je odvisna od gostote tekočine. Ali bo telo potonilo ali plavalo v tekočini, je odvisno od gostote telesa.

Telo plava popolnoma potopljeno v tekočino, če je gostota telesa enaka gostoti tekočine

Telo lebdi in delno štrli nad površino tekočine, če je gostota telesa manjša od gostote tekočine

- če je gostota telesa večja od gostote tekočine, je plavanje nemogoče.

Ribiški čolni so narejeni iz suhega lesa, katerega gostota je manjša od gostote vode.

Zakaj ladje plavajo?

Trup ladje, ki je potopljena v vodo, je voluminozen, znotraj te ladje pa so velike votline, napolnjene z zrakom, ki močno zmanjšajo celotno gostoto ladje. Količina vode, ki jo izpodriva ladja, se tako močno poveča, poveča njena potisna sila, skupna gostota ladje pa je manjša od gostote vode, tako da lahko ladja lebdi na površini. Zato ima vsaka ladja določeno omejitev mase tovora, ki ga lahko odpelje. To se imenuje premik ladje.

Permyakova Julia

Tema mojega projekta je "plavalna telesa".

Cilj : študij Arhimedovega zakona, razjasnitev pogojev in značilnosti plavanja teles, njihovo preizkušanje v poskusih.

Prenesi:

Predogled:

MOU "OOSH z. Dorogovinovka, okrožje Pugachevsky, regija Saratov

PROJEKT

v fiziki

na temo "plavalna telesa"

Učenka 7. razreda

MOU OOSH s. Dorogovinovka

Permyakova Julia Učitelj: Konnova I.V.

S. Dorogovinovka

leto 2014

I. Uvod

Tema mojega projekta je "plavalna telesa".

Cilj : študij Arhimedovega zakona, razjasnitev pogojev in značilnosti plavanja teles, njihovo preizkušanje v poskusih.

Naloge:

1. Izberite in preučite literaturo na to temo.
2. Opiši zgodovino odkritja Arhimedovega načela.
3. Dokaži obstoj Arhimedove sile.
4. Preverite pogoje za plavajoča telesa v poskusih.

II. GLAVNI DEL

1. Teoretični del

1.1. O Arhimedu

Arhimed se je rodil v grškem mestu Sirakuza leta 287 pr. e., kjer je živel skoraj vse življenje in se tam ukvarjal z znanstveno dejavnostjo. Študiral je najprej pri očetu, astronomu in matematiku Fidiju, nato v Aleksandriji, kjer so egiptovski vladarji zbrali najboljše grške znanstvenike in mislece ter ustanovili tudi znamenito, največjo knjižnico na svetu. Tu, v Aleksandriji, je Arhimed srečal Evklidove učence, s katerimi je vse življenje vzdrževal živahno dopisovanje. Tu je intenzivno preučeval dela Demokrita, Evdoksa in drugih znanstvenikov.

Po študiju v Aleksandriji se je Arhimed znova vrnil v Sirakuzo in podedoval položaj svojega očeta, dvornega astronoma.

V teoretičnem smislu je bilo delo tega velikega znanstvenika slepeče večplastno. Glavna Arhimedova dela so se nanašala na različne praktične aplikacije matematike (geometrije), fizike, hidrostatike in mehanike. Bil je tudi iznajdljiv inženir, ki je s svojim talentom rešil številne praktične probleme.

Do nas je prišlo trinajst Arhimedovih razprav. V najbolj znanem med njimi - "O žogi in cilindru" (v dveh knjigah) Arhimed ugotavlja, da je površina krogle 4-krat večja od površine njenega največjega odseka. Arhimedova dela so sestavljena iz izračunov območij figur, omejenih s krivuljami, in volumnov teles, omejenih s poljubnimi ravninami - zato lahko Arhimeda upravičeno štejemo za očeta integralnega računa, ki je nastal dve tisočletji pozneje.

Pravijo, da je Arhimed za svoje najpomembnejše odkritje štel dokaz, da sta prostornina krogle in valja, opisana okoli nje, med seboj povezana kot 2:3. Arhimed je prosil svoje prijatelje, naj ta dokaz postavijo na njegov nagrobnik.

Arhimed je tudi poskušal rešiti problem kvadrature kroga in pri tem dosegel izjemne rezultate, ki jih je združil v delo "O meritvi kroga":

1. Površina kroga je enaka površini pravokotnega trikotnika s kraki, enakimi dolžini in polmeru kroga ( pr 2).

2. Površina kroga je povezana s površino kvadrata, ki je opisan okoli njega kot 11:14.

3. Razmerje med obsegom in premerom je večje in manj.

Arhimed je najprej izračunal število "pi" - razmerje med obodom kroga in njegovim premerom - in dokazal, da je enako za kateri koli krog.

Arhimed je našel tudi neskončno vsotogeometrijska progresija z imenovalcem . V matematiki je bil to prvi primer neskončnega vrstico.

Pri preučevanju enega problema, reduciranega na kubično enačbo, je Arhimed ugotovil vlogo lastnosti, ki je kasneje postala znana kot diskriminant.

Arhimed ima v lasti formulo za določanje površine trikotnika glede na njegove tri stranice (napačno imenovana Heronova formula).

Pomembno vlogo pri razvoju matematike je imel njegov esej "Psammit" - "O številu zrn peska", v katerem prikazuje, kako z uporabo obstoječega številskega sistemaLahko izrazite poljubno velika števila. Kot razlog za svoje sklepanje uporablja problem štetja zrn peska v vidnem vesolju. Tako je bilo takrat obstoječe mnenje o obstoju skrivnostnih »največjih številk« ovrženo.". Še vedno uporabljamo sistem poimenovanja celih števil, ki ga je izumil Arhimed.

Naštete znanstvene najdbe so le majhen del Arhimedovega dela. Pridno so jo prevajali in komentirali Arabci, nato pa zahodnoevropski učenjaki.

V fiziko je Arhimed uvedel pojem težišča, vzpostavil znanstvena načela statike in hidrostatike ter podal primere uporabe matematičnih metod pri fizikalnih raziskavah. Glavne določbe statike so oblikovane v eseju "O ravnotežju ravninskih figur". Arhimed obravnava seštevanje vzporednih sil, definira pojem težišča za različne figure in poda izpeljavo zakona vzvoda. Znameniti zakon hidrostatike, ki je v znanost vstopil z njegovim imenom (Arhimedov zakon), je formuliran v razpravi »O lebdečih telesih«.

Pripisujejo mu dobro znan izraz: "Daj mi oporo in premaknil bom zemljo." Očitno je bil izražen v povezavi s spuščanjem ladje"Sirakozija" do vode. Delavci te ladje niso mogli premakniti. Pomagal jim je Arhimed, ki je ustvaril sistem blokov (verižno dvigalo), s pomočjo katerega je to delo opravljala ena oseba, sam kralj.

1.2. Arhimedov zakon

Po legendi je kraljHiero je naročil Arhimedu, naj preveri, ali je njegova krona izdelana iz čistega zlata ali pa si je draguljar prisvojil nekaj zlata tako, da ga je zlitil s srebrom. Ko je razmišljal o tej težavi, je Arhimed nekako šel v kopel in tam, ko se je potopil v kopel, opazil, da je količina vode, ki prelije čez rob, enaka količini vode, ki jo je izrinilo njegovo telo. To opazovanje je Arhimeda spodbudilo, da je rešil problem krone in on je brez sekunde odlašanja skočil iz kopeli in, kot da bi bil gol, odhitel domov ter na ves glas zavpil o svojem odkritju: »Eureka! Eureka!" (grško "Najdeno! Najdeno!")".

Dejstvo, da na telo, potopljeno v vodo, deluje določena sila, je vsem dobro znano: zdi se, da težka telesa postanejo lažja – na primer naše lastno telo, ko smo potopljeni v kopel. Pri kopanju v reki ali v morju lahko zelo težke kamne enostavno dvignete in premikate po dnu – takšne, ki jih ni mogoče dvigniti na kopnem; enak pojav opazimo, ko se kit iz nekega razloga vrže na obalo - žival se ne more premikati izven vodnega okolja - njegova teža presega zmožnosti njegovega mišičnega sistema. Hkrati se lahka telesa upirajo potopitvi v vodo: potrebni sta tako moč kot spretnost, da potopiš kroglico v velikosti majhne lubenice; najverjetneje ne bo mogoče potopiti krogle s premerom pol metra. Intuitivno je jasno, da je odgovor na vprašanje, zakaj neko telo lebdi (in drugo potone), tesno povezan z delovanjem tekočine na vanj potopljeno telo; ne moremo se zadovoljiti z odgovorom, da lahka telesa lebdijo, težka telesa pa tonejo: jeklena plošča bo seveda potonila v vodi, a če iz nje narediš škatlo, potem lahko lebdi; medtem ko se njegova teža ne bo spremenila.

Za razumevanje narave sile, ki deluje s strani tekočine na potopljeno telo, je dovolj, da razmislimo o preprostem primeru (slika 1).

Kocka je potopljena v vodo in tako voda kot kocka sta negibni. Znano je, da se tlak v težki tekočini povečuje sorazmerno z globino – očitno je, da višji stolpec tekočine močneje pritiska na podlago. Ta pritisk ne deluje samo navzdol, ampak tudi na straneh in navzgor z enako intenzivnostjo - to je Pascalov zakon.

Če upoštevamo sile, ki delujejo na kocko (slika 1), potem so zaradi očitne simetrije sile, ki delujejo na nasprotne stranske ploskve, enake in nasprotno usmerjene – poskušajo kocko stisniti, ne morejo pa vplivati ​​na njeno ravnotežje oz. premikanje. Na zgornji in spodnji obraz delujejo sile. Ker je tlak na globini večji kot na površini tekočine in, in nato >. Ker sili F 2 in F 1 usmerjeni v nasprotni smeri, potem je njihova rezultanta enaka razliki F 2-F1 in je usmerjen v smeri večje sile, torej navzgor. Ta rezultanta je Arhimedova sila, torej sila, ki potisne telo iz tekočine.

Arhimedov zakon

Arhimedov zakon je oblikovan takole:telo v tekočini (ali plinu) izgubi na svoji teži toliko, kolikor tehta tekočina (ali plin) v prostornini, ki jo je telo izrinilo.

1.3. Od česa je odvisna vzgonska sila?

Obnašanje telesa v tekočini je odvisno od razmerja med gravitacijskimi moduli F T in Arhimedova sila F A ki delujejo na to telo. Možni so naslednji trije primeri:

1. F t > F A - telo potone;
2. F t \u003d F A - telo lebdi v tekočini;
3. F t A - telo lebdi, dokler ne začne plavati na površini tekočine.

Tudi obnašanje telesa v tekočini je odvisno od razmerja med gostotami telesa in tekočine. Zato lahko za določitev obnašanja telesa v tekočini primerjamo gostotetelesa in tekočine. V tem primeru so možne tudi tri situacije:

1. ρ telesa > ρ tekočine - telo potone
2. telo ρ = tekočina ρ - telo plava
3. telo ρ tekočine - telo lebdi.

Dajmo primere.

Gostota železa - 7800 kg / m 3 , gostota vode – 1000 kg/m 3 . To pomeni, da bo kos železa potonil v vodi. Gostota ledu – 900 kg/m 3 , gostota vode – 1000 kg/m 3 , zato led v vodi ne potone, in če ga vržete v vodo, bo začel plavati in bo plaval na površini.

2. Praktični del

2.1. Dokaz obstoja Arhimedove sile

Izvedite poskus: vzemite valj, obešen na dinamometru, izmerite težo tega valja. Potopite ga v posodo z vodo. Ponovno stehtamo. Opazili smo, da se je teža cilindra zmanjšala.

Ponovimo poskus z drugim telesom - šopkom ključev. Teža snopa, potopljenega v vodo, je spet postala manjša.

Zaključek: na vsako telo, potopljeno v tekočino, vpliva vzgonska sila, imenovana Arhimedova sila.

2.2. Izračun Arhimedove sile

Izračunajmo vzgonsko silo.

Za to izmerimo težo telesa v zraku, nato izmerimo težo istega telesa, vendar popolnoma potopljenega v vodo. Razlika med tema silama bo vrednost Arhimedove sile.

F A \u003d P v zraku. – P v vodi.

V nasprotnem primeru lahko izračunamo Arhimedovo silo, če poznamo gostoto tekočine in prostornino telesa, potopljenega v to tekočino, po formuli:

F A \u003d g ρ W V t

2.3. Primerjava med gravitacijo in Arhimedovo silo

Naredimo eksperiment.

Vzemimo telo - vialo z nekaj peska. Določimo silo gravitacije in Arhimedovo silo, ki deluje na to telo. Primerjajmo jih. To vidimo, če:

F t > F A - telo potone;

F t \u003d F A - telo lebdi v tekočini;

F t A - telo lebdi

Zaključek: obnašanje telesa v tekočini je odvisno od razmerja med gravitacijskimi moduli F T in Arhimedova sila F A ki delujejo na to telo.

2.4 Primerjava gostote tekočine in telesa

Naredimo še en poskus. Vzemimo telesa, katerih gostota je manjša ali večja od gostote vode. Potopimo jih v vodo. To bomo videli"telesa, ki so težja od tekočine, se spuščajo vanjo, tonejo globlje in globlje, dokler ne dosežejo dna, in, ko so v tekočini, izgubijo na svoji teži toliko, kolikor tehta tekočina, vzeta v prostornino teles, ” –kot je rekel Arhimed.

Zaključek: obnašanje telesa v tekočini je odvisno od razmerja med gostotami telesa in tekočine.

2.5 Primerjava Arhimedove sile, ki deluje na telo v tekočinah različne gostote

Naredimo poskus: vzemite dve tekočini različne gostote: šampon in sladko vodo ter kos plastelina. Določite vzgonsko silo, ki deluje na plasteliniz vsake od tekočin. Videli bomo, da se je Arhimedova sila izkazala za drugačno: za tekočino z večjo gostoto (šampon) je večja kot za tekočino z manjšo gostoto (sladka voda).

Raztrgalni sili tlaka tekočine nasprotuje uporna sila materiala stene M:

М=2σ р δ L,

kjer je σr lomna napetost materiala, δ je debelina stene, L je dolžina cevi, 2 je uporna sila, ki deluje na obeh straneh.

Pod pogojem, da je sistem v ravnotežju, izenačimo sile tlaka tekočine in upor materiala stene P x ​​\u003d M dobimo:

P Ld=2σ р δ L

P δ=2σр δ, torej

P=2σ р δ/ d.

riž. 3.15. Tlak tekočine na notranjih stenah cevi

3.8. Arhimedov zakon in pogoji za plavajoča telesa

Telo, ki je v celoti ali delno potopljeno v tekočino, doživi skupni pritisk s strani tekočine, usmerjen od spodaj navzgor in je enak teži tekočine v prostornini potopljenega dela telesa:

P = ρgWt.

Z drugimi besedami, na telo, potopljeno v tekočino, deluje vzgojna sila, ki je enaka teži tekočine v prostornini tega telesa. Takšna sila se imenuje Arhimedova sila in njegova definicija je Arhimedov zakon.

riž. 3.17. Težišče C in središče premika d plovila

Za homogeno telo, ki lebdi na površini, velja razmerje:

Wzh /Wt = ρm / ρ,

kjer je W t prostornina plavajočega telesa; ρm je gostota telesa. Razmerje med gostoto plavajočega telesa in tekočine je obratno sorazmerno razmerju med prostornino telesa in prostornino tekočine, ki jo izpodriva.

V teoriji plavajočih teles se uporabljata dva pojma: vzgona in stabilnost.

Vzgon je sposobnost telesa, da lebdi v napol potopljenem stanju.

Stabilnost - sposobnost lebdečega telesa, da po odstranitvi zunanjih sil (na primer vetra ali ostrega zavoja), ki povzročijo prevrnitev, obnovi porušeno ravnotežje.

Teža tekočine, posode, vzete v prostornino potopljenega dela posode, se imenuje premik, in točka uporabe nastalega tlaka (tj. središče tlaka) -

središče premika.

Teorija plavajočih teles temelji na Arhimedovem zakonu. Središče premika ne sovpada vedno s težiščem telesa C. Če je višje od težišča, se ladja ne prevrne. V normalnem položaju plovila ležita težišče C in središče premika d na isti navpični črti O "-O", ki predstavlja simetrično os plovila in se imenuje os navigacije (slika 3.17) .

Naj se posoda pod vplivom zunanjih sil nagne pod določenim kotom α, del posode KLM je zapustil tekočino, del K "L" M pa se, nasprotno, pogreznil vanjo. V tem primeru dobimo nov položaj središča premika - d" . Na točko d uporabimo dvižno silo P in nadaljujemo njeno delovanje, dokler se ne seka z osjo simetrije O"-O". Nastala točka m se imenuje metacenter, segment mC \u003d h

poklical metacentrična višina. Upoštevali bomo h

pozitivna, če točka m leži nad točko C, in negativna v nasprotnem primeru.

Zdaj pa si oglejmo ravnotežne pogoje ladje: če je h > 0, se ladja vrne v prvotni položaj; če je h = 0, potem je tako

Vemo, da je vsako telo v tekočini podvrženo dvema silama, usmerjenima v nasprotni smeri: sili gravitacije in Arhimedovi sili. Sila gravitacije je enaka teži telesa in je usmerjena navzdol, medtem ko je Arhimedova sila odvisna od gostote tekočine in je usmerjena navzgor. Kako fizika razlaga lebdenje teles, in kakšni so pogoji za plavajoče telo na površini in v vodnem stolpcu?

Telo plavajoče stanje

Po Arhimedovem zakonu je pogoj za lebdenje teles naslednji: če je sila gravitacije enaka Arhimedovi sili, je telo lahko v ravnotežju kjer koli v tekočini, torej lebdi v svoji debelini. Če je sila gravitacije manjša od Arhimedove sile, se bo telo dvignilo iz tekočine, torej plavalo. V primeru, ko je teža telesa večja od Arhimedove sile, ki ga potiska ven, bo telo potonilo na dno, torej potonilo. Vzgojna sila je odvisna od gostote tekočine. Toda ali bo telo plavalo ali potonilo, je odvisno od gostote telesa, saj bo njegova gostota povečala njegovo težo. Če je gostota telesa večja od gostote vode, bo telo potonilo. Kako biti v takem primeru?

Gostota suhega drevesa zaradi votlin, napolnjenih z zrakom, je manjša od gostote vode in drevo lahko lebdi na površini. Toda železo in številne druge snovi so veliko gostejše od vode. Kako je v tem primeru mogoče graditi kovinske ladje in prevažati različne tovore po vodi? In za tega človeka se je domislil majhen trik. Trup ladje, ki je potopljena v vodo, je voluminozen, znotraj te ladje pa so velike votline, napolnjene z zrakom, ki močno zmanjšajo celotno gostoto ladje. Količina vode, ki jo izpodriva ladja, se tako močno poveča, poveča njena potisna sila, skupna gostota ladje pa je manjša od gostote vode, tako da lahko ladja lebdi na površini. Zato ima vsaka ladja določeno omejitev mase tovora, ki ga lahko odpelje. To se imenuje premik ladje.

Razlikovati prazen premik je masa same ladje in skupni premik- to je prazen izpodriv plus skupna masa posadke, vse opreme, zalog, goriva in tovora, ki jih lahko to plovilo običajno odpelje brez nevarnosti utopitve v razmeroma mirnem vremenu.

Gostota telesa pri organizmih, ki naseljujejo vodno okolje, je blizu gostoti vode. Zahvaljujoč temu so lahko v vodnem stolpcu in plavajo zahvaljujoč napravam, ki jim jih je dala narava - plavuti, plavuti itd. Pomembno vlogo pri gibanju rib ima poseben organ, plavalni mehur. Ribe lahko spremenijo prostornino tega mehurčka in količino zraka v njem, zaradi česar se lahko spremeni njegova skupna gostota, ribe pa lahko plavajo na različnih globinah, ne da bi imele nevšečnosti.

Gostota človeškega telesa je nekoliko večja od gostote vode. Lahko pa človek, ko ima v pljučih določeno količino zraka, tudi mirno lebdi na površini vode. Če zaradi eksperimenta, medtem ko ste v vodi, izdihnete ves zrak iz pljuč, se boste počasi začeli pogrezati na dno. Zato si vedno zapomnite, da plavanje ni strašljivo, nevarno je pogoltniti vodo in jo spustiti v pljuča, kar je najpogostejši vzrok za tragedije na vodi.