Περμιάκοβα Γιούλια

Το θέμα του έργου μου είναι «Πλωτά σώματα».

Στόχος της εργασίας : μελετώντας το νόμο του Αρχιμήδη, ανακαλύπτοντας τις συνθήκες και τα χαρακτηριστικά των πλωτών σωμάτων, δοκιμάζοντας τα σε πειράματα.

Κατεβάστε:

Προεπισκόπηση:

Δημοτικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα «Security School s. Dorogovinovka, περιοχή Pugachevsky, περιοχή Saratov"

ΕΡΓΟ

στη φυσική

με θέμα «Πλωτά σώματα»

Μαθητής της 7ης τάξης

Δημοτικό εκπαιδευτικό ίδρυμα δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης s. Dorogovinovka

Permyakova Yulia Δάσκαλος: Konnova I.V.

S. Dorogovinovka

έτος 2014

εισαγωγή

Το θέμα του έργου μου είναι «Πλωτά σώματα».

Στόχος της εργασίας: μελετώντας το νόμο του Αρχιμήδη, ανακαλύπτοντας τις συνθήκες και τα χαρακτηριστικά των πλωτών σωμάτων, δοκιμάζοντας τα σε πειράματα.

Καθήκοντα:

1. Επιλέξτε και μελετήστε τη βιβλιογραφία για το θέμα.
2. Μιλήστε για την ιστορία της ανακάλυψης του νόμου του Αρχιμήδη.
3. Να αποδείξετε την ύπαρξη Αρχιμήδειας δύναμης.
4. Δοκιμάστε τις συνθήκες πλεύσης των σωμάτων μέσα από πειράματα.

II. ΚΥΡΙΟ ΜΕΡΟΣ

1. Θεωρητικό μέρος

1.1. Σχετικά με τον Αρχιμήδη

Ο Αρχιμήδης γεννήθηκε στην ελληνική πόλη των Συρακουσών το 287 π.Χ. ε., όπου έζησε σχεδόν όλη του τη ζωή, και όπου ασχολήθηκε με επιστημονικές δραστηριότητες. Σπούδασε πρώτα με τον πατέρα του, τον αστρονόμο και μαθηματικό Φειδία, μετά στην Αλεξάνδρεια, όπου οι ηγεμόνες της Αιγύπτου συγκέντρωσαν τους καλύτερους Έλληνες επιστήμονες και στοχαστές και ίδρυσαν επίσης τη διάσημη, μεγαλύτερη βιβλιοθήκη στον κόσμο. Εδώ, στην Αλεξάνδρεια, ο Αρχιμήδης γνώρισε τους μαθητές του Ευκλείδη, με τους οποίους διατήρησε ζωηρή αλληλογραφία σε όλη του τη ζωή. Εδώ μελέτησε εντατικά τα έργα του Δημόκριτου, του Εύδοξου και άλλων επιστημόνων.

Μετά τις σπουδές του στην Αλεξάνδρεια, ο Αρχιμήδης επέστρεψε στις Συρακούσες και κληρονόμησε τη θέση του πατέρα του, αστρονόμου της αυλής.

Από θεωρητική άποψη, το έργο του μεγάλου αυτού επιστήμονα ήταν εκθαμβωτικά πολύπλευρο. Τα κύρια έργα του Αρχιμήδη αφορούσαν διάφορες πρακτικές εφαρμογές των μαθηματικών (γεωμετρία), της φυσικής, της υδροστατικής και της μηχανικής. Ήταν επίσης ένας εφευρετικός μηχανικός που χρησιμοποίησε το ταλέντο του για να λύσει μια σειρά από πρακτικά προβλήματα.

Δεκατρείς πραγματείες του Αρχιμήδη έχουν φτάσει σε εμάς. Στο πιο διάσημο από αυτά, «Στη σφαίρα και στον κύλινδρο» (σε δύο βιβλία), ο Αρχιμήδης διαπιστώνει ότι η επιφάνεια μιας σφαίρας είναι 4 φορές η περιοχή της μεγαλύτερης διατομής της. Το έργο του Αρχιμήδη αποτελείται από υπολογισμούς των περιοχών των μορφών που οριοθετούνται από καμπύλες και των όγκων των σωμάτων που οριοθετούνται από αυθαίρετα επίπεδα - έτσι ο Αρχιμήδης μπορεί δικαίως να θεωρηθεί ο πατέρας του ολοκληρωτικού λογισμού, ο οποίος προέκυψε δύο χιλιετίες αργότερα.

Λένε ότι ο Αρχιμήδης θεώρησε τη σημαντικότερη ανακάλυψή του ως την απόδειξη ότι ο όγκος μιας σφαίρας και ο κύλινδρος που περικλείεται γύρω της σχετίζονται μεταξύ τους ως 2:3. Ο Αρχιμήδης ζήτησε από τους φίλους του να τοποθετήσουν αυτά τα στοιχεία στην ταφόπλακά του.

Ο Αρχιμήδης προσπάθησε επίσης να λύσει το πρόβλημα του τετραγωνισμού ενός κύκλου και πέτυχε εξαιρετικά αποτελέσματα σε αυτό, συνδυάζοντάς τα στο έργο "Σχετικά με τη μέτρηση ενός κύκλου":

1. Το εμβαδόν ενός κύκλου είναι ίσο με το εμβαδόν ενός ορθογωνίου τριγώνου με σκέλη ίσα με το μήκος και την ακτίνα του κύκλου (πr 2 ).

2. Το εμβαδόν ενός κύκλου σχετίζεται με το εμβαδόν του τετραγώνου που περιγράφεται γύρω του ως 11:14.

3. Ο λόγος της περιφέρειας προς τη διάμετρο είναι μεγαλύτεροςκαι λιγότερα.

Ο Αρχιμήδης ήταν ο πρώτος που υπολόγισε τον αριθμό «pi» - τον λόγο της περιφέρειας προς τη διάμετρο - και απέδειξε ότι είναι ο ίδιος για οποιονδήποτε κύκλο.

Ο Αρχιμήδης βρήκε επίσης ότι το άθροισμα ήταν άπειρογεωμετρική πρόοδοςμε παρονομαστή . Στα μαθηματικά αυτό ήταν το πρώτο παράδειγμα του άπειρουσειρά.

Κατά τη μελέτη ενός προβλήματος που μειώνεται σε κυβική εξίσωση, ο Αρχιμήδης ανακάλυψε τον ρόλο του χαρακτηριστικού, το οποίο αργότερα ονομάστηκε διαχωριστικό.

Ο Αρχιμήδης είχε έναν τύπο για τον προσδιορισμό του εμβαδού ενός τριγώνου μέσω των τριών πλευρών του (λανθασμένα ονομάζεται τύπος του Ήρωνα).

Σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη των μαθηματικών έπαιξε το δοκίμιό του "Psammit" - "On the number of sand grains", στο οποίο δείχνει πώς, χρησιμοποιώντας το υπάρχον σύστημα αριθμώνΜπορείτε να εκφράσετε αυθαίρετα μεγάλους αριθμούς. Ως βάση για το σκεπτικό του, χρησιμοποιεί το πρόβλημα της μέτρησης του αριθμού των κόκκων άμμου μέσα στο ορατό Σύμπαν. Έτσι, η τότε υπάρχουσα άποψη για την παρουσία μυστηριωδών «μεγαλύτερων αριθμών» διαψεύστηκε" Εξακολουθούμε να χρησιμοποιούμε το σύστημα ονομασίας ακεραίων που εφευρέθηκε από τον Αρχιμήδη.

Οι καταγεγραμμένες επιστημονικές ανακαλύψεις είναι μόνο ένα μικρό μέρος του έργου του Αρχιμήδη. Μεταφράστηκε και σχολιάστηκε επιμελώς από Άραβες, και στη συνέχεια από Δυτικοευρωπαίους επιστήμονες.

Στη φυσική, ο Αρχιμήδης εισήγαγε την έννοια του κέντρου βάρους, καθιέρωσε τις επιστημονικές αρχές της στατικής και της υδροστατικής και έδωσε παραδείγματα χρήσης μαθηματικών μεθόδων στη φυσική έρευνα. Οι βασικές αρχές της στατικής διατυπώνονται στο δοκίμιο «On the Equilibrium of Plane Figures». Ο Αρχιμήδης εξετάζει την προσθήκη παράλληλων δυνάμεων, ορίζει την έννοια του κέντρου βάρους για διάφορα σχήματα και δίνει μια παραγωγή του νόμου της μόχλευσης. Ο περίφημος νόμος της υδροστατικής, που μπήκε στην επιστήμη με το όνομά του (νόμος του Αρχιμήδη), διατυπώθηκε στην πραγματεία «Περί πλωτών σωμάτων».

Του πιστώνεται η περίφημη έκφραση: «Δώσε μου ένα υπομόχλιο και θα μετακινήσω τη γη, προφανώς, εκφράστηκε σε σχέση με την κάθοδο του πλοίου»."Σιρακωσία" στο νερό. Οι εργάτες δεν μπόρεσαν να μετακινήσουν αυτό το πλοίο. Τους βοήθησε ο Αρχιμήδης, ο οποίος δημιούργησε ένα σύστημα από μπλοκ (τροχαλικό ανυψωτικό), με τη βοήθεια του οποίου ένα άτομο, ο ίδιος ο βασιλιάς, πέτυχε αυτό το έργο.

1.2. Νόμος του Αρχιμήδη

Σύμφωνα με το μύθο, ο βασιλιάςΟ Ιέρων έδωσε εντολή στον Αρχιμήδη να ελέγξει αν το στέμμα του ήταν από καθαρό χρυσό ή αν ο κοσμηματοπώλης είχε οικειοποιηθεί μέρος του χρυσού κραματίζοντάς το με ασήμι. Ενώ συλλογιζόταν αυτό το πρόβλημα, ο Αρχιμήδης μπήκε μια φορά σε ένα λουτρό και εκεί, βυθίζοντας στο λουτρό, παρατήρησε ότι η ποσότητα του νερού που ξεχείλιζε ήταν ίση με την ποσότητα του νερού που μετατοπίστηκε από το σώμα του. Αυτή η παρατήρηση ώθησε τον Αρχιμήδη να λύσει το πρόβλημα του στέμματος και εκείνος, χωρίς να διστάσει δευτερόλεπτο, πήδηξε από το λουτρό και, σαν να ήταν γυμνός, όρμησε στο σπίτι, φωνάζοντας με όλη του τη φωνή για την ανακάλυψή του: «Εύρηκα! Εύρηκα!" (Ελληνικά: «Βρέθηκε! Βρέθηκε!»).»

Το γεγονός ότι μια συγκεκριμένη δύναμη δρα σε ένα σώμα βυθισμένο στο νερό είναι γνωστό σε όλους: τα βαριά σώματα φαίνεται να γίνονται ελαφρύτερα - για παράδειγμα, το δικό μας σώμα όταν βυθίζεται σε ένα μπάνιο. Όταν κολυμπάτε σε ποτάμι ή θάλασσα, μπορείτε εύκολα να σηκώσετε και να μετακινήσετε πολύ βαριές πέτρες κατά μήκος του πυθμένα - αυτές που δεν μπορούν να ανυψωθούν στη στεριά. το ίδιο φαινόμενο παρατηρείται όταν, για κάποιο λόγο, μια φάλαινα ξεβράζεται στην ακτή - το ζώο δεν μπορεί να κινηθεί έξω από το υδάτινο περιβάλλον - το βάρος του υπερβαίνει τις δυνατότητες του μυϊκού του συστήματος. Ταυτόχρονα, τα ελαφριά σώματα αντιστέκονται στη βύθιση στο νερό: η βύθιση μιας μπάλας στο μέγεθος ενός μικρού καρπουζιού απαιτεί δύναμη και επιδεξιότητα. Πιθανότατα δεν θα είναι δυνατό να βυθιστεί μια μπάλα με διάμετρο μισού μέτρου. Είναι διαισθητικά σαφές ότι η απάντηση στην ερώτηση - γιατί ένα σώμα επιπλέει (και ένα άλλο βυθίζεται) σχετίζεται στενά με την επίδραση του υγρού στο σώμα που βυθίζεται σε αυτό. κανείς δεν μπορεί να ικανοποιηθεί με την απάντηση ότι τα ελαφριά σώματα επιπλέουν και τα βαριά βυθίζονται: μια ατσάλινη πλάκα, φυσικά, θα βυθιστεί στο νερό, αλλά αν φτιάξετε ένα κουτί από αυτήν, τότε μπορεί να επιπλέει. Ωστόσο, το βάρος της δεν θα αλλάξει.

Για να κατανοήσουμε τη φύση της δύναμης που ασκεί ένα υγρό σε ένα βυθισμένο σώμα, αρκεί να εξετάσουμε ένα απλό παράδειγμα (Εικ. 1).

Ο κύβος είναι βυθισμένος στο νερό και τόσο το νερό όσο και ο κύβος είναι ακίνητοι. Είναι γνωστό ότι η πίεση σε ένα βαρύ υγρό αυξάνεται ανάλογα με το βάθος - είναι προφανές ότι μια υψηλότερη στήλη υγρού πιέζει πιο έντονα τη βάση. Αυτή η πίεση δεν δρα μόνο προς τα κάτω, αλλά και προς τα πλάγια και προς τα πάνω με την ίδια ένταση - αυτός είναι ο νόμος του Πασκάλ.

Εάν λάβουμε υπόψη τις δυνάμεις που ασκούνται στον κύβο (Εικ. 1), τότε λόγω της προφανούς συμμετρίας, οι δυνάμεις που ασκούν στις αντίθετες πλευρές είναι ίσες και αντίθετα κατευθυνόμενες - προσπαθούν να συμπιέσουν τον κύβο, αλλά δεν μπορούν να επηρεάσουν την ισορροπία ή την κίνησή του . Οι δυνάμεις που δρουν στην άνω και κάτω όψη παραμένουν. Δεδομένου ότι η πίεση στο βάθος είναι μεγαλύτερη από την επιφάνεια του υγρού και, και , στη συνέχεια > . Δεδομένου ότι οι δυνάμεις F 2 και F 1 κατευθύνονται σε αντίθετες κατευθύνσεις, τότε το αποτέλεσμα τους είναι ίσο με τη διαφορά F 2 – ΣΤ 1 και κατευθύνεται προς την κατεύθυνση μεγαλύτερης δύναμης, δηλαδή προς τα πάνω. Αυτό το αποτέλεσμα είναι η Αρχιμήδεια δύναμη, δηλαδή η δύναμη που ωθεί το σώμα έξω από το υγρό.

Νόμος του Αρχιμήδη

Ο νόμος του Αρχιμήδη διατυπώνεται ως εξής:ένα σώμα που βρίσκεται σε ένα υγρό (ή αέριο) χάνει τόσο βάρος όσο το υγρό (ή αέριο) ζυγίζει στον όγκο που μετατοπίζεται από το σώμα.

1.3. Από τι εξαρτάται η άνωση;

Η συμπεριφορά ενός σώματος σε ένα υγρό εξαρτάται από τη σχέση μεταξύ των μονάδων βαρύτητας FΤ και Αρχιμήδειος δύναμη FΕΝΑ που δρουν σε αυτό το σώμα. Οι ακόλουθες τρεις περιπτώσεις είναι δυνατές:

1. F t > F A – το σώμα πνίγεται.
2. F t = F A – ένα σώμα επιπλέει σε ένα υγρό.
3. F t ΕΝΑ – το σώμα επιπλέει μέχρι να αρχίσει να επιπλέει στην επιφάνεια του υγρού.

Επίσης, η συμπεριφορά ενός σώματος σε ένα υγρό εξαρτάται από την αναλογία των πυκνοτήτων του σώματος και του υγρού. Επομένως, για να προσδιορίσουμε τη συμπεριφορά ενός σώματος σε ένα υγρό, μπορούμε να συγκρίνουμε τις πυκνότητεςσώματα και υγρά. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι επίσης δυνατές τρεις καταστάσεις:

1. ρ του σώματος > ρ του υγρού – το σώμα βυθίζεται
2. ρ σώμα = ρ υγρό – το σώμα επιπλέει
3. σώμα ρ υγρά - το σώμα επιπλέει προς τα πάνω.

Ας δώσουμε παραδείγματα.

Πυκνότητα σιδήρου – 7800 kg/m 3 , πυκνότητα νερού – 1000 kg/m 3 . Αυτό σημαίνει ότι ένα κομμάτι σιδήρου θα βυθιστεί στο νερό. Πυκνότητα πάγου – 900 kg/m 3 , πυκνότητα νερού – 1000 kg/m 3 , έτσι ο πάγος δεν βυθίζεται στο νερό, και αν τον ρίξετε στο νερό, θα αρχίσει να επιπλέει και να επιπλέει στην επιφάνεια.

2. Πρακτικό μέρος

2.1. Απόδειξη ύπαρξης Αρχιμήδειας δύναμης

Ας πραγματοποιήσουμε ένα πείραμα: πάρτε έναν κύλινδρο αναρτημένο από ένα δυναμόμετρο και μετρήστε το βάρος αυτού του κυλίνδρου. Ας το βυθίσουμε σε ένα σκεύος με νερό. Ας το ξαναζυγίσουμε. Παρατηρήσαμε ότι το βάρος του κυλίνδρου έγινε ελαφρύτερο.

Ας επαναλάβουμε το πείραμα με ένα άλλο σώμα - ένα μάτσο κλειδιά. Το βάρος της δέσμης που βυθίστηκε στο νερό έγινε πάλι μικρότερο.

Συμπέρασμα: κάθε σώμα που βυθίζεται σε ένα υγρό υπόκειται σε μια άνωση που ονομάζεται Αρχιμήδεια δύναμη.

2.2. Υπολογισμός της Αρχιμήδειας δύναμης

Ας υπολογίσουμε τη δύναμη άνωσης.

Για να γίνει αυτό, ας μετρήσουμε το βάρος ενός σώματος στον αέρα και, στη συνέχεια, μετράμε το βάρος του ίδιου σώματος, αλλά εντελώς βυθισμένο στο νερό. Η διαφορά μεταξύ αυτών των δυνάμεων θα είναι η αξία της Αρχιμήδειας δύναμης.

F A = ​​P στον αέρα. – P στο νερό.

Διαφορετικά, η δύναμη του Αρχιμήδη μπορεί να υπολογιστεί γνωρίζοντας την πυκνότητα του υγρού και τον όγκο του σώματος που βυθίζεται σε αυτό το υγρό, χρησιμοποιώντας τον τύπο:

F A = ​​g ρ f V t

2.3. Σύγκριση βαρύτητας και Αρχιμήδειας δύναμης

Ας κάνουμε ένα πείραμα.

Ας πάρουμε ένα σώμα - μια φούσκα με μια ορισμένη ποσότητα άμμου. Ας προσδιορίσουμε τη δύναμη της βαρύτητας και την Αρχιμήδεια δύναμη που ενεργεί σε αυτό το σώμα. Ας τα συγκρίνουμε. Βλέπουμε ότι εάν:

F t > F A – το σώμα πνίγεται.

F t = F A – ένα σώμα επιπλέει σε ένα υγρό.

F t ΕΝΑ – το σώμα επιπλέει προς τα πάνω

Συμπέρασμα: η συμπεριφορά ενός σώματος σε ένα υγρό εξαρτάται από τη σχέση μεταξύ των μονάδων βαρύτητας FΤ και Αρχιμήδειος δύναμη FΕΝΑ που δρουν σε αυτό το σώμα.

2.4 Σύγκριση πυκνοτήτων υγρού και σώματος

Ας κάνουμε ένα ακόμη πείραμα. Ας πάρουμε σώματα των οποίων η πυκνότητα είναι μικρότερη ή μεγαλύτερη από την πυκνότητα του νερού. Ας τα βυθίσουμε στο νερό. Θα το δουμε«Τα σώματα που είναι βαρύτερα από ένα υγρό, όταν χαμηλώνουν μέσα σε αυτό, βυθίζονται όλο και πιο βαθιά μέχρι να φτάσουν στον πυθμένα και, ενώ βρίσκονται στο υγρό, χάνουν τόσο από το βάρος τους όσο ζυγίζει το υγρό, από τον όγκο των σωμάτων, ”-όπως είπε ο Αρχιμήδης.

Συμπέρασμα: η συμπεριφορά ενός σώματος σε ένα υγρό εξαρτάται από την αναλογία των πυκνοτήτων του σώματος και του υγρού.

2.5 Σύγκριση της αρχιμήδειας δύναμης που επενεργεί σε ένα σώμα σε υγρά διαφορετικής πυκνότητας

Ας κάνουμε ένα πείραμα: πάρτε δύο υγρά διαφορετικής πυκνότητας: σαμπουάν και γλυκό νερό και ένα κομμάτι πλαστελίνη. Ας προσδιορίσουμε τη δύναμη άνωσης που ασκεί η πλαστελίνηαπό καθένα από τα υγρά. Θα δούμε ότι η δύναμη του Αρχιμήδη αποδείχθηκε διαφορετική: για ένα υγρό με μεγαλύτερη πυκνότητα (σαμπουάν) είναι μεγαλύτερη από ότι για ένα υγρό με χαμηλότερη πυκνότητα (γλυκό νερό).

Γνωρίζουμε ότι σε οποιοδήποτε σώμα ενός υγρού επιδρούν δύο δυνάμεις που κατευθύνονται σε αντίθετες κατευθύνσεις: η βαρύτητα και η δύναμη του Αρχιμήδειου. Η δύναμη της βαρύτητας είναι ίση με το βάρος του σώματος και κατευθύνεται προς τα κάτω, ενώ η δύναμη του Αρχιμήδειου εξαρτάται από την πυκνότητα του υγρού και κατευθύνεται προς τα πάνω. Πώς η φυσική εξηγεί την αιώρηση των σωμάτων, και ποιες είναι οι συνθήκες για να επιπλέουν σώματα στην επιφάνεια και στη στήλη του νερού;

Κατάσταση πλωτών σωμάτων

Σύμφωνα με το νόμο του Αρχιμήδη, η προϋπόθεση για την αιώρηση των σωμάτων είναι η εξής: εάν η δύναμη της βαρύτητας είναι ίση με τη δύναμη του Αρχιμήδη, τότε το σώμα μπορεί να βρίσκεται σε ισορροπία οπουδήποτε μέσα στο υγρό, δηλαδή να επιπλέει στο πάχος του. Αν η δύναμη της βαρύτητας είναι μικρότερη από την Αρχιμήδεια, τότε το σώμα θα σηκωθεί από το υγρό, δηλαδή θα επιπλεύσει. Στην περίπτωση που το βάρος του σώματος είναι μεγαλύτερο από την αρχιμήδεια δύναμη που το σπρώχνει προς τα έξω, το σώμα θα βυθιστεί στον πυθμένα, δηλαδή θα βυθιστεί. Η δύναμη άνωσης εξαρτάται από την πυκνότητα του υγρού. Αλλά το αν ένα σώμα επιπλέει ή βυθίζεται εξαρτάται από την πυκνότητα του σώματος, αφού η πυκνότητά του θα αυξήσει το βάρος του. Εάν η πυκνότητα του σώματος είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα του νερού, το σώμα θα πνιγεί. Τι να κάνετε σε αυτή την περίπτωση;

Η πυκνότητα του ξηρού ξύλου λόγω των κοιλοτήτων που είναι γεμάτες με αέρα είναι μικρότερη από την πυκνότητα του νερού και το δέντρο μπορεί να επιπλέει στην επιφάνεια. Όμως ο σίδηρος και πολλές άλλες ουσίες είναι πολύ πιο πυκνοί από το νερό. Πώς είναι δυνατόν να ναυπηγηθούν πλοία από μέταλλο και να μεταφερθούν διάφορα φορτία με νερό σε αυτή την περίπτωση; Και για αυτό ο άντρας σκέφτηκε ένα μικρό κόλπο. Το κύτος ενός πλοίου που είναι βυθισμένο στο νερό γίνεται ογκώδες, και μέσα σε αυτό το πλοίο έχει μεγάλες κοιλότητες γεμάτες με αέρα, που μειώνουν σημαντικά τη συνολική πυκνότητα του πλοίου. Ο όγκος του νερού που εκτοπίζεται από το πλοίο αυξάνεται κατά πολύ, αυξάνοντας τη δύναμη άνωσης του και η συνολική πυκνότητα του πλοίου γίνεται μικρότερη από την πυκνότητα του νερού, έτσι ώστε το πλοίο να μπορεί να επιπλέει στην επιφάνεια. Επομένως, κάθε πλοίο έχει ένα ορισμένο όριο στη μάζα του φορτίου που μπορεί να μεταφέρει. Αυτό ονομάζεται μετατόπιση του πλοίου.

Διακρίνω κενή μετατόπισηείναι η μάζα του ίδιου του πλοίου, και συνολική μετατόπιση- αυτό είναι το κενό εκτόπισμα συν τη συνολική μάζα του πληρώματος, όλου του εξοπλισμού, των προμηθειών, των καυσίμων και του φορτίου που μπορεί κανονικά να μεταφέρει ένα δεδομένο σκάφος χωρίς τον κίνδυνο πνιγμού σε σχετικά ήρεμο καιρό.

Η σωματική πυκνότητα των οργανισμών που κατοικούν στο υδάτινο περιβάλλον είναι κοντά στην πυκνότητα του νερού. Χάρη σε αυτό, μπορούν να παραμείνουν στη στήλη του νερού και να κολυμπήσουν χάρη στις συσκευές που τους έχει δώσει η φύση - βατραχοπέδιλα, πτερύγια κ.λπ. Ένα ειδικό όργανο, η κύστη κολύμβησης, παίζει σημαντικό ρόλο στην κίνηση των ψαριών. Το ψάρι μπορεί να αλλάξει τον όγκο αυτής της φυσαλίδας και την ποσότητα του αέρα σε αυτήν, λόγω της οποίας μπορεί να αλλάξει η συνολική πυκνότητά του και τα ψάρια μπορούν να κολυμπήσουν σε διαφορετικά βάθη χωρίς να αντιμετωπίζουν ταλαιπωρία.

Η πυκνότητα του ανθρώπινου σώματος είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από την πυκνότητα του νερού. Ωστόσο, ένα άτομο, όταν έχει μια συγκεκριμένη ποσότητα αέρα στους πνεύμονές του, μπορεί επίσης να επιπλέει ήρεμα στην επιφάνεια του νερού. Εάν, για χάρη του πειράματος, ενώ βρίσκεστε στο νερό, εκπνέετε όλο τον αέρα από τους πνεύμονές σας, θα αρχίσετε σιγά σιγά να βυθίζεστε στον πάτο. Επομένως, να θυμάστε πάντα ότι το κολύμπι δεν είναι τρομακτικό, είναι επικίνδυνο να καταπιείτε νερό και να το αφήσετε στους πνεύμονές σας, που είναι η πιο κοινή αιτία τραγωδιών στο νερό.

Η δύναμη θραύσης της πίεσης του υγρού εξουδετερώνεται από τη δύναμη αντίστασης του υλικού τοιχώματος M:

М=2σ р δ L,

όπου σ είναι η αντοχή εφελκυσμού του υλικού, δ είναι το πάχος του τοιχώματος, L είναι το μήκος του σωλήνα, 2 είναι η δύναμη αντίστασης που δρα και στις δύο πλευρές.

Με την προϋπόθεση ότι το σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία, εξισώνουμε τις δυνάμεις της πίεσης του ρευστού και την αντίσταση του υλικού του τοίχου P x =M παίρνουμε:

P Ld=2σ р δ L

P δ=2σρ δ, άρα

P=2σ р δ/ d.

Ρύζι. 3.15. Πίεση υγρού στα εσωτερικά τοιχώματα του σωλήνα

3.8. Ο νόμος του Αρχιμήδη και οι συνθήκες των πλωτών σωμάτων

Ένα σώμα που είναι πλήρως ή μερικώς βυθισμένο σε ένα υγρό υφίσταται ολική πίεση από το υγρό, κατευθυνόμενη από κάτω προς τα πάνω και ίση με το βάρος του υγρού στον όγκο του βυθισμένου μέρους του σώματος:

P = ρgWт.

Με άλλα λόγια, ένα σώμα βυθισμένο σε ένα υγρό υπόκειται σε μια άνωση ίση με το βάρος του υγρού στον όγκο αυτού του σώματος. Αυτή η δύναμη ονομάζεται Η δύναμη του Αρχιμήδη καιο ορισμός του είναι Νόμος του Αρχιμήδη.

Ρύζι. 3.17. Κέντρο βάρους C και κέντρο μετατόπισης d του σκάφους

Για ένα ομοιογενές σώμα που επιπλέει στην επιφάνεια, ισχύει η ακόλουθη σχέση:

Wl / Wt = ρm / ρ,

όπου W t είναι ο όγκος του πλωτού σώματος. ρm – πυκνότητα σώματος. Η αναλογία της πυκνότητας ενός πλωτού σώματος και ενός υγρού είναι αντιστρόφως ανάλογη με την αναλογία του όγκου του σώματος και του όγκου του υγρού που μετατοπίζεται από αυτό.

Στη θεωρία των πλωτών σωμάτων χρησιμοποιούνται δύο έννοιες: άνωση και ευστάθεια.

Η άνωση είναι η ικανότητα ενός σώματος να επιπλέει σε ημι-βυθισμένη κατάσταση.

Η σταθερότητα είναι η ικανότητα ενός πλωτού σώματος να αποκαθιστά τη διαταραγμένη ισορροπία μετά την εξάλειψη των εξωτερικών δυνάμεων (για παράδειγμα, ανέμου ή απότομη στροφή) που προκαλούν μια κύλιση.

Το βάρος του υγρού του δοχείου που λαμβάνεται στον όγκο του βυθισμένου μέρους του δοχείου ονομάζεται μετατόπιση και το σημείο εφαρμογής της προκύπτουσας πίεσης (δηλ. το κέντρο πίεσης) είναι

κέντρο μετατόπισης.

Η θεωρία των αιωρούμενων σωμάτων βασίζεται στο νόμο του Αρχιμήδη. Το κέντρο μετατόπισης δεν συμπίπτει πάντα με το κέντρο βάρους του σώματος Γ. Αν είναι υψηλότερο από το κέντρο βάρους, τότε το πλοίο δεν ανατρέπεται. Στην κανονική θέση του σκάφους, το κέντρο βάρους C και το κέντρο μετατόπισης d βρίσκονται στην ίδια κάθετη γραμμή O"-O", που αντιπροσωπεύει τον άξονα συμμετρίας του σκάφους και ονομάζεται άξονας πλοήγησης (Εικ. 3.17). .

Αφήστε, υπό την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων, το σκάφος να γέρνει σε μια ορισμένη γωνία α, μέρος του δοχείου KLM βγήκε από το υγρό και το μέρος K"L"M", αντίθετα, βυθίστηκε σε αυτό. λαμβάνουμε νέα θέση του κέντρου μετατόπισης - δ». Ας εφαρμόσουμε μια ανυψωτική δύναμη P στο σημείο d" και ας επεκτείνουμε τη γραμμή δράσης της μέχρι να τέμνεται με τον άξονα συμμετρίας O"-O". Το σημείο m που προκύπτει ονομάζεται μετακέντρο και το τμήμα mC = h

που ονομάζεται μετακεντρικό ύψος. Θα υποθέσουμε h

θετικό αν το σημείο m βρίσκεται πάνω από το σημείο C και αρνητικό διαφορετικά.

Τώρα εξετάστε τις συνθήκες ισορροπίας του πλοίου: αν h > 0, τότε το πλοίο επιστρέφει στην αρχική του θέση. αν h =0, τότε αυτό συμβαίνει

Δημοτικό δημοσιονομικό εκπαιδευτικό ίδρυμα της πόλης Ulyanovsk "Δευτεροβάθμια εκπαίδευση αρ. 75"

Δημιουργική εργασία

«Νόμος του Αρχιμήδη.

Πλωτά σώματα"

Συμπλήρωσε: μαθητής 7Β τάξης

Simendeeva Diana

Επικεφαλής: καθηγητής φυσικής

Ζαχάροβα Γκαλίνα Μιχαήλοβνα

Ουλιάνοφσκ

2017

Περιεχόμενο

1Εισαγωγή: σελίδα 2

1.1 Στόχοι και υποθέσεις. Π.3

2. Κύριο περιεχόμενο. σελ.4

2.1. Βιογραφία του Αρχιμήδη. σελ.4,5

2.2 Νόμος του Αρχιμήδη σελ.5

2.3 Προϋποθέσεις για πλωτά σώματα.σελ.5

2.4 σ.5

3. Η σειρά εργασίας. σελ.6

3.1.Μέρος Εγώ

3.2.Μέρος II

4. Συμπεράσματα

5. Εφαρμογές

6. Λογοτεχνία

1.1 Στόχοι και υποθέσεις.

Στόχοι:

Μελετήστε τη βιογραφία του Αρχιμήδη

Μάθετε τις συνθήκες πλεύσης των σωμάτων

Εξερευνήστε πώς εξαρτάταιφά ΕΝΑστην πυκνότητα και τον όγκο του υγρού

Υποθέσεις:

Εξαρτάται φά ΕΝΑαπό ρ καιΚαι vΤ

Οι συνθήκες πλεύσης εξαρτώνται απόρ καιΚαι mg

2. Κύριο μέρος

2.1.Βιογραφία του Αρχιμήδη.

Ο Αρχιμήδης (Εικ. 1) γεννήθηκε το 287 π.Χ. στην πόλη των Συρακουσών, που βρίσκεται στο νησί της Σικελίας. Ο πατέρας του Αρχιμήδης, Φειδίας, ήταν μαθηματικός και αστρονόμος, για να λάβει εκπαίδευση, ο Αρχιμήδης πήγε στο πνευματικό και επιστημονικό κέντρο εκείνης της εποχής - την Αλεξάνδρεια της Αιγύπτου.

Στην Αλεξάνδρεια, ο Αρχιμήδης έλαβε τα βασικά της επιστημονικής γνώσης και γνώρισε τους εξέχοντες επιστήμονες της εποχής του, τον αστρονόμο Κόνωνα της Σάμου και τον Ερατοσθένη τον Κυρήνη. Ο Αρχιμήδης διατήρησε φιλική αλληλογραφία μαζί τους μέχρι το τέλος της ζωής του. Πρέπει να υποθέσουμε ότι ήταν στην Αλεξάνδρεια, επισκεπτόμενος επιμελώς τη διάσημη βιβλιοθήκη της, που ο Αρχιμήδης γνώρισε τα έργα διάσημων φιλοσόφων και γεωμέτρων του παρελθόντος - του Εύδοξου, του Δημόκριτου και πολλών άλλων.
Μετά την ολοκλήρωση των σπουδών του στην Αλεξάνδρεια της Αιγύπτου, ο Αρχιμήδης επέστρεψε στις Συρακούσες. Ήδη κατά τη διάρκεια της ζωής του, σχηματίστηκαν θρύλοι για τον Αρχιμήδη.

Μια από τις πιο διάσημες πλοκές των θρύλων για τον Αρχιμήδη μπορεί να ονομαστεί «Το στέμμα του βασιλιά Ιέρο». Σύμφωνα με αυτόν τον μύθο, ο Αρχιμήδης είχε επιφορτιστεί να προσδιορίσει εάν αυτό το στέμμα ήταν κατασκευασμένο από καθαρό χρυσό ή αν είχε προστεθεί ασήμι στο χρυσό κατά την κατασκευή του. Η λύση σε αυτό το πρόβλημα ήρθε στον Αρχιμήδη ενώ έκανε μπάνιο: βυθίζοντας το στέμμα σε νερό, μπορείτε να μάθετε το ειδικό βάρος του από τον μετατοπισμένο όγκο του υγρού. θα είναι διαφορετικό για ένα χρυσό στέμμα και ένα στέμμα "με πρόσμιξη". Με μια κραυγή «Εύρηκα!» Ο Αρχιμήδης πήδηξε από το λουτρό και έτρεξε γυμνός στους δρόμους των Συρακουσών. Η λύση στο πρόβλημα με το στέμμα έθεσε τα θεμέλια για την επιστήμη της υδροστατικής, ιδρυτής της οποίας ήταν ο Αρχιμήδης, ο οποίος περιέγραψε τα θεμέλιά της στο έργο του «Περί επιπλέουσας σωμάτων». Η δύναμη που σπρώχνει οποιοδήποτε σώμα έξω από το νερό εξακολουθεί να ονομάζεται Αρχιμήδεια δύναμη σήμερα.

Ένας άλλος μύθος λέει ότι ο Αρχιμήδης κατάφερε να μετακινήσει το βαρύ πολυώροφο πλοίο Syracuse με μια κίνηση του χεριού του χάρη στο σύστημα των μπλοκ που ανέπτυξε, το λεγόμενο μπλοκ τροχαλίας.

«Δώσε μου ένα σημείο υποστήριξης και θα αλλάξω τον κόσμο», σύμφωνα με το μύθο, είπε ο Αρχιμήδης σε σχέση με αυτό το γεγονός. Χρησιμοποιώντας το μοχλό για ζουμ

Η δύναμη χρησιμοποιείται πλέον σε όλα τα μηχανικά συστήματα. Οι εφευρέσεις του Αρχιμήδη περιλαμβάνουν τη βίδα του Αρχιμήδη, ή τον κοχλία, που έχει σχεδιαστεί για την απομάκρυνση του νερού. εξακολουθεί να χρησιμοποιείται στην Αίγυπτο σήμερα.

Η κύρια επιστήμη στην οποία αφοσιώθηκε ο Αρχιμήδης ήταν τα μαθηματικά. Τα έργα του Αρχιμήδη δείχνουν ότι ήταν εξαιρετικά εξοικειωμένος με τα μαθηματικά και την αστρονομία της εποχής του. Μια σειρά από έργα του Αρχιμήδη στον τομέα των μαθηματικών έχουν τη μορφή επιστολών προς τους φίλους και τους συναδέλφους του. Πραγματοποίησε έρευνα σε όλους τους τομείς των μαθηματικών της εποχής του: αριθμητική, άλγεβρα, γεωμετρία.
Τα κύρια προβλήματα των μαθηματικών εργασιών του Αρχιμήδη είναι προβλήματα εύρεσης επιφανειακών εμβαδών και όγκων, τα οποία πλέον μπορούν να ταξινομηθούν ως μαθηματική ανάλυση. Ως αποτέλεσμα της έρευνάς του, ο Αρχιμήδης βρήκε έναν γενικό τύπο για τον υπολογισμό των εμβαδών και των όγκων, βασισμένος στη μέθοδο εξάντλησης του προκατόχου του, του μαθηματικού Εύδοξου της Κνίδου. Πριν από τον Αρχιμήδη, κανένας επιστήμονας δεν μπορούσε να βρει έναν αλγόριθμο για τον υπολογισμό της επιφάνειας και του όγκου μιας σφαίρας. Αυτή η μελέτη, που παρουσιάστηκε στο έργο «On the Sphere and the Cylinder», θεωρήθηκε από τον ίδιο τον Αρχιμήδη ως την κορυφή της επιστημονικής του έρευνας. Σύμφωνα με το μύθο, ζήτησε να χαράξει μια εικόνα μιας μπάλας και ενός κυλίνδρου στην ταφόπλακά του.
Τα επιτεύγματα του Αρχιμήδη στον τομέα της αστρονομίας περιλαμβάνουν την κατασκευή ενός «πλανηταρίου» για την παρατήρηση της κίνησης των πέντε πλανητών του ηλιακού συστήματος, την ανατολή του Ήλιου και της Σελήνης. Ο Αρχιμήδης προσπάθησε να υπολογίσει τις αποστάσεις από τους πλανήτες. το λάθος του ήταν η γεωκεντρική κοσμοθεωρία που ήταν ευρέως διαδεδομένη εκείνη την εποχή. Προς τιμήν του Αρχιμήδη, ενθυμούμενος την αστρονομική του έρευνα, ονομάστηκαν ένας κρατήρας και μια οροσειρά στη Σελήνη, καθώς και ένας από τους αστεροειδείς. Στη γενέτειρα του Αρχιμήδη, τις Συρακούσες, μια από τις πλατείες φέρει το όνομά του.

2.2 Νόμος του Αρχιμήδη

Ο νόμος του Αρχιμήδη διατυπώνεται ως εξής:

ένα σώμα βυθισμένο σε υγρό (ή αέριο) υπόκειται σε δύναμη άνωσης ίση με το βάρος του υγρού (ή αερίου) στον όγκο του βυθισμένου μέρους του σώματος .

φά Α=σελ V

(\displaystyle (F)_(A)=\rho (g)V,)Οπου R (\displaystyle\rho) - πυκνότητα υγρού (αερίου),(\displaystyle (g)) σολ είναι η επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης, και(\displaystyle V) V - τον όγκο του βυθισμένου μέρους του σώματος (ή του τμήματος του όγκου του σώματος που βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια). Εάν ένα σώμα επιπλέει στην επιφάνεια (κινείται ομοιόμορφα προς τα πάνω ή προς τα κάτω), τότε η δύναμη άνωσης είναι ίση σε μέγεθος (και αντίθετη στην κατεύθυνση) με τη δύναμη της βαρύτητας που ενεργεί στον όγκο του υγρού (αερίου) που μετατοπίζεται από το σώμα, και είναι εφαρμόζεται στο κέντρο βάρους αυτού του όγκου.

2.3 Προϋποθέσεις για πλωτά σώματα.

Ένα στερεό σώμα βυθισμένο σε ένα υγρό ασκείται από μια Αρχιμήδεια δύναμη FΑ και βαρύτητα mg. Ανάλογα με την αναλογία των δυνάμεων mg και FΕΝΑ το σώμα μπορεί να βυθιστεί, να επιπλεύσει και να επιπλεύσει στην επιφάνεια. Εάν mg > FΕΝΑ , το σώμα πνίγεται? εάν mg = FΕΝΑ , τότε το σώμα επιπλέει μέσα στο υγρό ή στην επιφάνειά του. εάν mg< F ΕΝΑ , τότε το σώμα επιπλέει προς τα πάνω έως ότου η δύναμη του Αρχιμήδη και η δύναμη της βαρύτητας είναι ίσες σε μέγεθος Το σώμα επιπλέει στην επιφάνεια ανR f = RΤ ; το σώμα πνίγεται ανR t > Rκαι ; το σώμα επιπλέει επάνω ανRΤ< Rκαι.

2.4 .Από τι εξαρτάται η άνωση;

Δύναμη άνωσηςΕξαρτάται: από Vt, από πυκνότητα υγρού, βάθος βύθισης, από σχήμααντικείμενο με ίσο όγκο.

3. Η σειρά εργασίας.

3.1. Πειραματιστείτε με ένα αυγό.

Στόχος της εργασίας :

Διερευνήστε τη συμπεριφορά ενός ωμού αυγού σε διάφορα είδη υγρών.

Να αποδείξετε την εξάρτηση της άνωσης από την πυκνότητα του υγρού. Πρόοδος :

1. Πάρτε ένα ωμό αυγό και διάφορα είδη υγρών:

καθαρό νερό,

κορεσμένο, αλατούχο διάλυμα,

2. Προσδιορίστε τη δύναμη της βαρύτητας που ασκεί ένα αυγό στον αέρα και σε υγρά διαφόρων ειδών εναλλάξ.

Αποτελέσματα έρευνας:

Η προκύπτουσα δύναμη που επενεργεί στα αυγά στον αέρα αποδείχθηκε μεγαλύτερη από ότι στο υγρό.

Η προκύπτουσα δύναμη που επενεργεί στα αυγά σε διαφορετικούς τύπους υγρών αποδείχθηκε διαφορετική

συμπέρασμα

3.2. Πειραματιστείτε με τις πατάτες.

Στόχος της εργασίας :

Διερευνήστε τη συμπεριφορά της πατάτας σε διάφορα είδη υγρών.

Να αποδείξετε την εξάρτηση της άνωσης από την πυκνότητα του υγρού.

Πρόοδος :

1.Πάρτε πατάτες και διάφορα είδη υγρών.

καθαρό νερό,

κορεσμένο, αλατούχο διάλυμα,

2. Προσδιορίστε τη δύναμη της βαρύτητας που ενεργεί σε υγρά διαφόρων ειδών.

Αποτελέσματα έρευνας:

Η προκύπτουσα δύναμη που επενεργούσε στις πατάτες στον αέρα ήταν μεγαλύτερη από ό,τι στο υγρό.

Η προκύπτουσα δύναμη που δρα στις πατάτες σε διαφορετικούς τύπους υγρών αποδείχθηκε διαφορετική

(όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα του υγρού, τόσο μικρότερη είναι η δύναμη που προκύπτει)

συμπέρασμα

Το πείραμα δείχνει ότι η δύναμη άνωσης εξαρτάται από τον όγκο του σώματος και την πυκνότητα του υγρού. Η δύναμη που προκύπτει, η οποία καθορίζει τη συμπεριφορά ενός σώματος σε ένα υγρό, εξαρτάται από τη μάζα, τον όγκο του σώματος και την πυκνότητα του υγρού.

5. Παραπομπές

1.Πόροι Διαδικτύου

2. Φυσική 7η τάξη Α.Β. Peryshkin, εκδοτικός οίκος DROFA

6. Εφαρμογές

(Εικ.1)

Κατά την παρασκευή ενός διαλύματος αλατιού ορισμένης πυκνότητας, οι νοικοκυρές βυθίζουν ένα ωμό αυγό σε αυτό: εάν η πυκνότητα του διαλύματος είναι ανεπαρκής, το αυγό βυθίζεται, εάν είναι επαρκές, επιπλέει. Η πυκνότητα του σιροπιού ζάχαρης κατά την κονσερβοποίηση προσδιορίζεται με τον ίδιο τρόπο. από το υλικό αυτής της παραγράφου θα μάθετε πότε ένα σώμα επιπλέει σε υγρό ή αέριο, πότε επιπλέει και πότε βυθίζεται.

Τεκμηριώνουμε τις συνθήκες πλεύσης των σωμάτων

Μπορείτε πιθανώς να δώσετε πολλά παραδείγματα σωμάτων που επιπλέουν. Πλοία και βάρκες, ξύλινα παιχνίδια και μπαλόνια επιπλέουν, ψάρια, δελφίνια και άλλα πλάσματα κολυμπούν. Τι καθορίζει την ικανότητα του σώματος να κολυμπά;

Ας κάνουμε ένα πείραμα. Ας πάρουμε ένα μικρό σκεύος με νερό και πολλές μπάλες από διαφορετικά υλικά. Θα βυθίσουμε εναλλάξ τα σώματα στο νερό και μετά θα τα απελευθερώσουμε χωρίς αρχική ταχύτητα. Επιπλέον, ανάλογα με την πυκνότητα του σώματος, είναι δυνατές διαφορετικές επιλογές (βλ. πίνακα).

Επιλογή 1. Κατάδυση. Το σώμα αρχίζει να βυθίζεται και τελικά βυθίζεται στον πυθμένα του αγγείου. Ας μάθουμε γιατί συμβαίνει αυτό. Δύο δυνάμεις δρουν στο σώμα:

Το σώμα βυθίζεται, πράγμα που σημαίνει ότι η δύναμη προς τα κάτω είναι μεγαλύτερη:

ένα σώμα βυθίζεται σε υγρό ή αέριο εάν η πυκνότητα του σώματος είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα του υγρού ή του αερίου.

Επιλογή 2. Επιπλέουν μέσα στο υγρό. Το σώμα δεν βυθίζεται ούτε επιπλέει, αλλά παραμένει να επιπλέει μέσα στο υγρό.

Προσπαθήστε να αποδείξετε ότι σε αυτήν την περίπτωση η πυκνότητα του σώματος είναι ίση με την πυκνότητα του υγρού:

ένα σώμα επιπλέει μέσα σε ένα υγρό ή αέριο εάν η πυκνότητα του σώματος είναι ίση με την πυκνότητα του υγρού ή του αερίου.

Επιλογή 3. Ανάβαση. Το σώμα αρχίζει να επιπλέει και τελικά σταματά στην επιφάνεια του υγρού, μερικώς βυθισμένο στο υγρό.

Ενώ το σώμα επιπλέει προς τα πάνω, η δύναμη του Αρχιμήδειου είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη της βαρύτητας:

Η στάση ενός σώματος στην επιφάνεια ενός υγρού σημαίνει ότι η δύναμη του Αρχιμήδειου και η δύναμη της βαρύτητας ισορροπούν: ^ κλώνος = F arch.

ένα σώμα επιπλέει σε ένα υγρό ή αέριο ή επιπλέει στην επιφάνεια ενός υγρού εάν η πυκνότητα του σώματος είναι μικρότερη από την πυκνότητα του υγρού ή του αερίου.

Παρατηρούμε την αιώρηση των σωμάτων στην άγρια ​​ζωή

Τα σώματα των κατοίκων των θαλασσών και των ποταμών περιέχουν πολύ νερό, επομένως η μέση πυκνότητά τους είναι κοντά στην πυκνότητα του νερού. Για να κινούνται ελεύθερα σε ένα υγρό, πρέπει να «ελέγχουν» τη μέση πυκνότητα του σώματός τους. Ας δώσουμε παραδείγματα.

Σε ψάρια με κύστη κολύμβησης, τέτοιος έλεγχος συμβαίνει λόγω αλλαγών στον όγκο της κύστης (Εικ. 28.1).

Το μαλάκιο nautilus (Εικ. 28.2), που ζει σε τροπικές θάλασσες, μπορεί γρήγορα να επιπλεύσει και να βυθιστεί ξανά στον πυθμένα λόγω του γεγονότος ότι μπορεί να αλλάξει τον όγκο των εσωτερικών κοιλοτήτων στο σώμα (το μαλάκιο ζει σε μια σπειροειδή συστροφή κέλυφος).

Η αράχνη του νερού, ευρέως διαδεδομένη στην Ευρώπη (Εικ. 28.3), μεταφέρει μαζί της στα βάθη ένα κέλυφος αέρα στην κοιλιά της - είναι αυτό που της δίνει ένα απόθεμα άνωσης και το βοηθά να επιστρέψει στην επιφάνεια.

Μαθαίνοντας να λύνουμε προβλήματα

Εργο. Μια χάλκινη μπάλα βάρους 445 g έχει εσωτερική κοιλότητα με όγκο 450 cm 3. Αυτή η μπάλα θα επιπλέει στο νερό;

Ανάλυση σωματικού προβλήματος. Για να απαντήσετε στο ερώτημα πώς θα συμπεριφέρεται μια μπάλα στο νερό, πρέπει να συγκρίνετε την πυκνότητα της μπάλας (σφαίρας) με την πυκνότητα

σε °dy (νερό).

Για να υπολογίσετε την πυκνότητα μιας μπάλας, πρέπει να προσδιορίσετε τον όγκο και τη μάζα της. Η μάζα του αέρα στην μπάλα είναι ασήμαντη σε σύγκριση με τη μάζα του χαλκού, άρα t της μπάλας = t χαλκού. Ο όγκος της μπάλας είναι ο όγκος του χάλκινου κελύφους και ο όγκος της κοιλότητας V - . Ο όγκος του χάλκινου κελύφους μπορεί να προσδιοριστεί γνωρίζοντας

μάζα και πυκνότητα χαλκού.

Μαθαίνουμε για τις πυκνότητες χαλκού και νερού από πίνακες πυκνότητας (σελ. 249).

Συνιστάται να λύσετε το πρόβλημα στις παρουσιαζόμενες μονάδες.

2. Γνωρίζοντας τον όγκο και τη μάζα της μπάλας, προσδιορίζουμε την πυκνότητά της:

Ανάλυση του αποτελέσματος: η πυκνότητα της μπάλας είναι μικρότερη από την πυκνότητα του νερού, οπότε η μπάλα θα επιπλέει στην επιφάνεια του νερού.

Απάντηση: ναι, η μπάλα θα επιπλέει στην επιφάνεια του νερού.

Ας το συνοψίσουμε

Ένα σώμα βυθίζεται σε υγρό ή αέριο εάν η πυκνότητα του σώματος είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα του υγρού ή του αερίου (p t >p g) · Ένα σώμα επιπλέει μέσα σε ένα υγρό ή αέριο εάν η πυκνότητα του σώματος είναι ίση με την πυκνότητα του το υγρό ή το αέριο (t = p g). Ένα σώμα επιπλέει σε ένα υγρό ή αέριο ή επιπλέει στην επιφάνεια ενός υγρού εάν η πυκνότητα του σώματος είναι μικρότερη από την πυκνότητα του υγρού ή του αερίου

Ερωτήσεις ελέγχου

1. Κάτω από ποιες συνθήκες θα βυθιστεί ένα σώμα σε υγρό ή αέριο; Δώσε παραδείγματα. 2. Ποια προϋπόθεση πρέπει να πληρούται για να επιπλέει ένα σώμα μέσα σε υγρό ή αέριο; Δώσε παραδείγματα. 3. Διατυπώστε την κατάσταση υπό την οποία ένα σώμα σε υγρό ή αέριο επιπλέει προς τα πάνω. Δώσε παραδείγματα. 4. Κάτω από ποιες συνθήκες θα επιπλέει ένα σώμα στην επιφάνεια ενός υγρού; 5. Γιατί και πώς αλλάζουν την πυκνότητά τους οι κάτοικοι των θαλασσών και των ποταμών;

Άσκηση Νο 28

1. Ένα ομοιόμορφο μπλοκ μολύβδου θα επιπλέει στον υδράργυρο; στο νερό? σε ηλιέλαιο;

2. Τοποθετήστε τις μπάλες που φαίνονται στο Σχ. 1, κατά σειρά αύξησης της πυκνότητας.

3. Ένα μπλοκ με μάζα 120 g και όγκο 150 cm 3 θα επιπλέει στο νερό;

4. Σύμφωνα με το Σχ. 2 Εξηγήστε πώς ένα υποβρύχιο καταδύεται και βγαίνει στην επιφάνεια.

5. Το σώμα επιπλέει σε κηροζίνη, εντελώς βυθισμένο σε αυτό. Προσδιορίστε τη μάζα του σώματος αν ο όγκος του είναι 250 cm3.

6. Τρία υγρά που δεν αναμειγνύονται χύθηκαν στο δοχείο - υδράργυρος, νερό, κηροζίνη (Εικ. 3). Στη συνέχεια, τρεις μπάλες κατεβάστηκαν στο δοχείο: χάλυβας, αφρός και δρυς.

Πώς είναι διατεταγμένα τα στρώματα των υγρών στο δοχείο; Προσδιορίστε ποια μπάλα είναι ποια. Εξηγήστε τις απαντήσεις σας.

7. Προσδιορίστε τον όγκο του τμήματος του αμφίβιου οχήματος που είναι βυθισμένο στο νερό εάν στο όχημα επιδρά αρχιμήδεια δύναμη 140 kN. Ποια είναι η μάζα του αμφίβιου οχήματος;

8. Να συνθέσετε ένα πρόβλημα αντίστροφο από το πρόβλημα που συζητήθηκε στην § 28 και να το λύσετε.

9. Καθιερώστε μια αντιστοιχία μεταξύ της πυκνότητας ενός σώματος που επιπλέει στο νερό και του τμήματος αυτού του σώματος που βρίσκεται πάνω από την επιφάνεια του νερού.

Ar t = 400 kg/m 3 1 0

B r t = 600 kg/m 3 2 °D

Vrt = 900 kg/m 3 3 0, 4

G r t = 1000 kg/m 3 4 0, 6

10. Μια συσκευή για τη μέτρηση της πυκνότητας των υγρών ονομάζεται υδρόμετρο. Χρησιμοποιώντας πρόσθετες πηγές πληροφοριών, μάθετε για τη δομή ενός υδρόμετρου και την αρχή της λειτουργίας του. Γράψτε οδηγίες για τη χρήση ενός υδρόμετρου.

11. Συμπληρώστε τον πίνακα. Σκεφτείτε ότι σε κάθε περίπτωση το σώμα είναι πλήρως βυθισμένο στο υγρό.

Πειραματική εργασία

«Καρτεσιανός Δύτης». Φτιάξτε ένα φυσικό παιχνίδι εμπνευσμένο από τον Γάλλο επιστήμονα Rene Descartes. Ρίξτε νερό σε ένα πλαστικό βάζο με ένα σφιχτό καπάκι και τοποθετήστε ένα μικρό ποτήρι ζέσεως (ή μικρό μπουκάλι φαρμάκου) μερικώς γεμάτο με νερό, τρύπα προς τα κάτω, μέσα σε αυτό (δείτε την εικόνα). Πρέπει να υπάρχει αρκετό νερό στο ποτήρι, ώστε το ποτήρι να προεξέχει ελαφρώς πάνω από την επιφάνεια του νερού στο βάζο. Κλείστε καλά το βάζο και πιέστε τις πλευρές μεταξύ τους. Παρατηρήστε τη συμπεριφορά του ποτηριού. Εξηγήστε τη λειτουργία αυτής της συσκευής.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Νο 10

Θέμα. Προσδιορισμός των συνθηκών πλεύσης των σωμάτων.

Σκοπός: να προσδιοριστεί πειραματικά υπό ποιες συνθήκες: ένα σώμα επιπλέει στην επιφάνεια ενός υγρού. το σώμα επιπλέει μέσα στο υγρό. το σώμα βυθίζεται στο υγρό.

Εξοπλισμός: δοκιμαστικός σωλήνας (ή μικρή φιάλη φαρμάκου) με πώμα. νήμα (ή σύρμα) μήκους 20-25 cm. δοχείο με ξηρή άμμο. ένας κύλινδρος μέτρησης μισογεμάτος με νερό. Ζυγαριά με βάρη? χαρτοπετσέτες.

οδηγίες για εργασία

Προετοιμασία για το πείραμα

1. Πριν ξεκινήσετε, βεβαιωθείτε ότι γνωρίζετε τις απαντήσεις στις ακόλουθες ερωτήσεις.

1) Ποιες δυνάμεις δρουν σε ένα σώμα βυθισμένο σε υγρό;

2) Ποιος τύπος χρησιμοποιείται για να βρεθεί η δύναμη της βαρύτητας;

3) Ποιος τύπος χρησιμοποιείται για να βρεθεί η δύναμη του Αρχιμήδειου;

4) Ποιος τύπος χρησιμοποιείται για να βρεθεί η μέση πυκνότητα ενός σώματος;

2. Προσδιορίστε την τιμή διαίρεσης κλίμακας του κυλίνδρου μέτρησης.

3. Στερεώστε τον δοκιμαστικό σωλήνα στο νήμα έτσι ώστε, κρατώντας το νήμα, να μπορείτε να βυθίσετε τον δοκιμαστικό σωλήνα στον κύλινδρο μέτρησης και στη συνέχεια να τον αφαιρέσετε.

4. Θυμηθείτε τους κανόνες για την εργασία με ζυγαριά και προετοιμάστε τη ζυγαριά για χρήση. Πείραμα

Ακολουθήστε αυστηρά τις οδηγίες ασφαλείας (βλ. flyleaf). Εισαγάγετε αμέσως τα αποτελέσματα της μέτρησης στον πίνακα.

Πείραμα 1. Προσδιορισμός της συνθήκης κάτω από την οποία ένα σώμα βυθίζεται σε ένα υγρό.

1) Μετρήστε τον όγκο του νερού V 1 στον κύλινδρο μέτρησης.

2) Γεμίστε τον δοκιμαστικό σωλήνα με άμμο. Κλείστε το βύσμα.

3) Χαμηλώστε τον δοκιμαστικό σωλήνα στον κύλινδρο μέτρησης. Ως αποτέλεσμα, ο δοκιμαστικός σωλήνας πρέπει να βρίσκεται στο κάτω μέρος του κυλίνδρου.

4) Μετρήστε τον όγκο V 2 του νερού και των δοκιμαστικών σωλήνων. προσδιορίστε τον όγκο του δοκιμαστικού σωλήνα:

5) Βγάλτε τον δοκιμαστικό σωλήνα και σκουπίστε τον με μια χαρτοπετσέτα.

6) Τοποθετήστε τον δοκιμαστικό σωλήνα στη ζυγαριά και μετρήστε τη μάζα του με ακρίβεια 0,5 g Πείραμα 2. Προσδιορισμός της συνθήκης υπό την οποία ένα σώμα επιπλέει μέσα σε ένα υγρό.

1) Χύνοντας άμμο έξω από τον δοκιμαστικό σωλήνα, βεβαιωθείτε ότι ο δοκιμαστικός σωλήνας επιπλέει ελεύθερα μέσα στο υγρό.

Πείραμα 3. Προσδιορισμός της συνθήκης υπό την οποία ένα σώμα ανεβαίνει και επιπλέει στην επιφάνεια ενός υγρού.

1) Ρίξτε λίγη ακόμα άμμο έξω από το δοκιμαστικό σωλήνα. Βεβαιωθείτε ότι αφού βυθιστεί πλήρως στο υγρό, ο δοκιμαστικός σωλήνας επιπλέει στην επιφάνεια του υγρού.

2) Επαναλάβετε τα βήματα που περιγράφονται στα σημεία 5-6 του πειράματος 1.

Επεξεργασία των αποτελεσμάτων του πειράματος

1. Για κάθε εμπειρία:

1) κάντε ένα σχηματικό σχέδιο στο οποίο απεικονίζετε τις δυνάμεις που ασκούνται στον δοκιμαστικό σωλήνα.

2) Υπολογίστε τη μέση πυκνότητα του δοκιμαστικού σωλήνα με άμμο.

2. Εισαγάγετε τα αποτελέσματα υπολογισμού στον πίνακα. ολοκληρώστε τη συμπλήρωσή του.

Ανάλυση του πειράματος και των αποτελεσμάτων του

Αφού αναλύσετε τα αποτελέσματα, βγάλτε ένα συμπέρασμα που υποδεικνύει υπό ποιες συνθήκες: 1) το σώμα βυθίζεται στο υγρό. 2) το σώμα επιπλέει μέσα στο υγρό. 3) το σώμα επιπλέει στην επιφάνεια του υγρού.

Δημιουργική εργασία

Προτείνετε δύο τρόπους για να προσδιορίσετε τη μέση πυκνότητα ενός αυγού. Καταγράψτε ένα σχέδιο για κάθε πείραμα.

Αυτό είναι υλικό σχολικού βιβλίου