Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение города Ульяновска "Средняя школа №75"
Творческая работа
"Закон Архимеда.
Плавание тел"
Выполнила: ученица 7 Б класса
Симендеева Диана
Руководитель: учитель физики
Захарова Галина Михайловна
г. Ульяновск
2017г.
Содержание
1Введение: стр.2
1.1 Цели и гипотезы. стр.
32. Основное содержание. стр.4
2.1. Биография Архимеда. стр.4,5
2.2
Закон Архимеда стр.52.3.Условие плавания тел.
стр.52.4 стр.5
3. Порядок выполнения работы. стр.6
3.1.Часть I
3.2.Часть II
4. Выводы
5. Приложения
6. Литература
1.1 Цели и гипотезы.
Цели:
Изучить биографию Архимеда
Выяснить условия плавания тел
Исследовать как зависит F A от плотности и объема жидкости
Гипотезы:
Зависит ли F A от ρ ж и v т
Зависят условия плавания от ρ ж и mg
2.Основная часть
2.1.Биография Архимеда.
Архимед(рис.1) родился в 287 году до нашей эры в городе Сиракузы, расположенном на острове Сицилия. Отец Архимеда, Фидий, был математиком и астрономом.. Для получения образования Архимед отправился в духовный и научный центр той эпохи – Александрию Египетскую.
В Александрии Архимед получает основы научных знаний и знакомится с выдающимися учеными своего времени, с астрономом Кононом Самосским, и Эратосфеном Киренским. Архимед состоял с ними в дружеской переписке до конца жизни. Надо полагать, именно в Александрии, прилежно посещая ее знаменитую библиотеку, Архимед познакомился с трудами знаменитых философов и геометров прошлого – Евдокса, Демокрита и многих других.
Закончив обучение в Александрии Египетской, Архимед вернулся в Сиракузы. Уже при его жизни об Архимеде складывали легенды.
Одним из самых известных сюжетов легенд об Архимеде можно назвать «Корона царя Гиерона». Согласно этой легенде, Архимеду поручено было определить, сделана ли эта корона из чистого золота, либо же во время ее изготовления к золоту было добавлено серебро. Решение этой задачи пришло к Архимеду в то время, когда он принимал ванну: погружая корону в воду, можно по вытесненному объему жидкости узнать ее удельный вес; у золотой короны и короны «с примесью» он будет разным. С криком «Эврика!» Архимед выскочил из ванны и нагим пробежал по улицам Сиракуз. Решение задачи с короной положило начало науке гидростатике, родоначальником которой стал Архимед, изложивший ее основы в своем труде «О плавании тел». Сила, выталкивающая любое тело из воды, и в наши дни называется архимедовой силой.
Еще одна легенда повествует о том, что Архимеду удалось сдвинуть с места одним движением руки тяжелый многопалубный корабль «Сиракузия» благодаря разработанной им системе блоков, так называемому полиспасту.
«Дайте мне точку опоры, и я переверну мир», - по легенде, произнес Архимед в связи с этим событием. Использование рычага для увеличения
силы применяется сейчас во всех механических системах. К изобретениям Архимеда относится архимедов винт, или шнек, предназначенный для вычерпывания воды; он и сегодня применяется в Египте .
Главной наукой, которой посвятил себя Архимед была математика. Работы Архимеда показывают, что он был превосходно знаком с математикой и астрономией своего времени. Ряд работ Архимеда в области математики имеет вид посланий к его друзьям и коллегам. Ему принадлежат исследования по всем областям математики его времени: арифметике, алгебре, геометрии.
Основной проблематикой математических работ Архимеда являются задачи на нахождение площадей поверхностей и объемов, которые сейчас могут быть отнесены к области математического анализа. В результате исследований Архимед нашел общую формулу для вычисления площадей и объемов, основанную на методе исчерпывания своего предшественника, математика Евдокса Книдского. До Архимеда ни один ученый не мог найти алгоритм для вычисления площади поверхности и объема шара. Это исследование, изложенное в труде «О шаре и цилиндре» сам Архимед считал вершиной своих научных изысканий. По легенде, он просил высечь изображение шара и цилиндра на своем надгробном камне.
К заслугам Архимеда в области астрономии относится строительство «планетария» для наблюдения за движением пяти планет Солнечной системы, восходом Солнца и Луны. Архимед пытался вычислить расстояния до планет; его ошибкой было распространенное в то время геоцентрическое мировоззрение. В честь Архимеда, памятуя о его астрономических исследованиях, названы кратер и горная цепь на Луне, а также один из астероидов. В родном городе Архимеда, Сиракузах, его имя носит одна из площадей.
2.2 Закон Архимеда
Закон Архимеда формулируется следующим образом:
на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (или газа) в объёме погруженной части тела .
F A= рg V
{\displaystyle {F}_{A}=\rho {g}V,} где р {\displaystyle \rho } - плотность жидкости (газа), {\displaystyle {g}} g - ускорение свободного падения, а {\displaystyle V} V - объём погружённой части тела (или часть объёма тела, находящаяся ниже поверхности). Если тело плавает на поверхности (равномерно движется вверх или вниз), то выталкивающая равна по модулю (и противоположна по направлению) силе тяжести, действовавшей на вытесненный телом объём жидкости (газа), и приложена к центру тяжести этого объёма.
2.3.Условие плавания тел.
На твердое тело, погруженное в жидкость, действуют архимедова сила F A и сила тяжести mg. В зависимости от соотношения сил mg и F A тело может тонуть, плавать и всплывать. Если mg > F A , тело тонет; если mg = F A , то тело плавает внутри жидкости или на ее поверхности; если mg < F A , то тело всплывает до тех пор, пока архимедова сила и сила тяжести не сравняются по модулю.Тело плавает на поверхности, если р ж = р т ; тело тонет, если р т > р ж ; тело всплывает, если р т < р ж.
2.4 .От чего зависит выталкивающая сила?
Выталкивающая сила зависит: от Vт, от плотности жидкости, глубины погружения, от формы предмета при равном объёме.
3. Порядок выполнения работы.
3.1. Эксперимент с яйцом.
Цель работы :
Исследовать поведение сырого яйца в жидкостях разного вида.
Доказать зависимость выталкивающей силы от плотности жидкости. Ход работы :
1.Взять сырое яйцо и жидкости разного вида:
чистая вода,
насыщенный, соленый раствор,
2.Определить силу тяжести, действующую на яйцо в воздухе и в жидкостях разного рода поочередно.
Результаты исследований :
Результирующая сила, действующая на яйца в воздухе, оказалась больше, чем в жидкости.
Результирующая сила, действующая на яйца в жидкостях разного рода, оказалась разной
Вывод
3.2. Эксперимент с картофелем.
Цель работы :
Исследовать поведение картофеля в жидкостях разного вида.
Доказать зависимость выталкивающей силы от плотности жидкости.
Ход работы :
1.Взять картофель и жидкости разного вида.
чистая вода,
насыщенный, соленый раствор,
2.Определить силу тяжести, действующую в жидкостях разного рода.
Результаты исследования:
Результирующая сила, действующая на картофель в воздухе, оказалась больше, чем в жидкости.
Результирующая сила, действующая на картофель в жидкостях разного вида, оказалась разной
(чем больше плотность жидкости, тем результирующая сила меньше)
Вывод
На эксперименте показано, что выталкивающая сила зависит от объёма тела и плотности жидкости. Результирующая сила, которая определяет поведение тела в жидкости, зависит от массы, объёма тела и плотности жидкости.
5. Список литературы
1.Интернет-ресурсы
2. Физика 7 класс А.В. Пёрышкин, Издательство «ДРОФА»
6. Приложения
(рис.1)
При приготовлении раствора соли определенной плотности хозяйки погружают в него сырое яйцо: если плотность раствора недостаточна, яйцо тонет, если достаточна — всплывает. Аналогично определяют плотность сахарного сиропа при консервации. из материала данного параграфа вы узнаете, когда тело плавает в жидкости или газе, когда всплывает и когда тонет.
Обосновываем условия плавания тел
Вы наверняка можете привести множество примеров плавания тел. Плавают корабли и лодки, деревянные игрушки и воздушные шарики, плавают рыбы, дельфины, другие существа. А от чего зависит способность тела плавать?
Проведем опыт. Возьмем небольшой сосуд с водой и несколько шариков, изготовленных из разных материалов. Будем поочередно погружать тела в воду, а потом отпускать их без начальной скорости. Далее в зависимости от плотности тела возможны разные варианты (см. таблицу).
Вариант 1. Погружение. Тело начинает тонуть и в конце концов опускается на дно сосуда. Выясним, почему это происходит. На тело действуют две силы:
Тело погружается, а это значит, что сила, направленная вниз, больше:
тело тонет в жидкости или газе, если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа.
Вариант 2. Плавание внутри жидкости. Тело не тонет и не всплывает, а остается плавать внутри жидкости.
Попробуйте доказать, что в данном случае плотность тела равна плотности жидкости:
тело плавает внутри жидкости или газа, если плотность тела равна плотности жидкости или газа.
Вариант 3. Всплытие. Тело начинает всплывать и в конце концов останавливается на поверхности жидкости, погрузившись в жидкость частично.
Пока тело всплывает, архимедова сила больше силы тяжести:
Остановка тела на поверхности жидкости означает, что архимедова сила и сила тяжести уравновешены: ^ тяж = F арх.
тело всплывает в жидкости или газе либо плавает на поверхности жидкости, если плотность тела меньше, чем плотность жидкости или газа.
Наблюдаем плавание тел в живой природе
Тела обитателей морей и рек содержат в своем составе много воды, поэтому их средняя плотность близка к плотности воды. Чтобы свободно двигаться в жидкости, они должны «управлять» средней плотностью своего тела. Приведем примеры.
У рыб с плавательным пузырем такое управление происходит за счет изменения объема пузыря (рис. 28.1).
Моллюск наутилус (рис. 28.2), обитающий в тропических морях, может быстро всплывать и снова опускаться на дно благодаря тому, что может менять объем внутренних полостей в организме (моллюск живет в закрученной спиралью раковине).
Распространенный в Европе водяной паук (рис. 28.3) несет с собой в глубину воздушную оболочку на брюшке — именно она дает ему запас плавучести и помогает вернуться на поверхность.
Учимся решать задачи
Задача. Медный шар массой 445 г имеет внутри полость объемом 450 см 3 . Будет ли этот шар плавать в воде?
Анализ физической проблемы. Чтобы ответить на вопрос, как поведет себя шар в воде, нужно плотность шара (шара) сравнить с плотностью
в °ды (воды) .
Для вычисления плотности шара следует определить его объем и массу. Масса воздуха в шаре незначительна по сравнению с массой меди, поэтому т шара = т меди. Объем шара — это объем медной оболочки У меди и объем полости V - . Объем медной оболочки можно определить, зная
массу и плотность меди.
О плотностях меди и воды узнаем из таблиц плотностей (с. 249).
Задачу целесообразно решать в представленных единицах.
2. Зная объем и массу шара, определим его плотность:
Анализ результата: плотность шара меньше плотности воды, поэтому шар будет плавать на поверхности воды.
Ответ: да, шар будет плавать на поверхности воды.
Подводим итоги
Тело тонет в жидкости или газе, если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа (р т >р ж)· Тело плавает внутри жидкости или газа, если плотность тела равна плотности жидкости или газа (т =р ж). Тело всплывает в жидкости или газе либо плавает на поверхности жидкости, если плотность тела меньше плотности жидкости или газа
Контрольные вопросы
1. При каком условии тело будет тонуть в жидкости или газе? Приведите примеры. 2. Какое условие нужно выполнить, чтобы тело плавало внутри жидкости или газа? Приведите примеры. 3. Сформулируйте условие, при котором тело, находящееся в жидкости или газе, всплывает. Приведите примеры. 4. При каком условии тело будет плавать на поверхности жидкости? 5. Для чего и как обитатели морей и рек изменяют свою плотность?
Упражнение № 28
1. Будет ли однородный свинцовый брусок плавать в ртути? в воде? в подсолнечном масле?
2. Расположите шарики, изображенные на рис. 1, в порядке увеличения плотности.
3. Будет ли брусок массой 120 г и объемом 150 см 3 плавать в воде?
4. По рис. 2 объясните, как подводная лодка осуществляет погружение и всплытие.
5. Тело плавает в керосине, полностью в него погрузившись. Определите массу тела, если его объем равен 250 см 3 .
6. В сосуд налили три жидкости, которые не смешиваются, — ртуть, воду, керосин (рис. 3). Затем в сосуд опустили три шарика: стальной, пенопластовый и дубовый.
Как расположились слои жидкостей в сосуде? Определите, где какой шарик. Ответы поясните.
7. Определите объем погруженной в воду части машины-амфибии, если на машину действует архимедова сила 140 кН. Какова масса машины-амфибии?
8. Составьте задачу, обратную задаче, рассмотренной в § 28, и решите ее.
9. Установите соответствие между плотностью тела, плавающего в воде, и частью этого тела, находящейся над поверхностью воды.
А р т = 400 кг/м 3 1 0
Б р т = 600 кг/м 3 2 °Д
В р т = 900 кг/м 3 3 0 , 4
Г р т = 1000 кг/м 3 4 0 , 6
10. Прибор для измерения плотности жидкостей называется ареометром. Воспользовавшись дополнительными источниками информации, узнайте о строении ареометра и принципе его действия. Напишите инструкцию, как пользоваться ареометром.
11. Заполните таблицу. Считайте, что в каждом случае тело полностью погружено в жидкость.
Экспериментальное задание
«Картезианский водолаз». Сделайте физическую игрушку, идею которой придумал французский ученый Рене Декарт. В пластиковую банку, плотно закрывающуюся крышкой, налейте воду и поместите в нее отверстием вниз небольшую мензурку (или маленький пузырек из-под лекарства), частично заполненную водой (см. рисунок). Воды в мензурке должно быть столько, чтобы мензурка чуть выступала над поверхностью воды в банке. Плотно закройте банку и сожмите ее боковые стенки. Проследите за поведением мензурки. Объясните действие данного устройства.
ЛАБОРАТОРНАя РАБОТА № 10
Тема. Определение условий плавания тел.
Цель: опытным путем определить, при каком условии: тело плавает на поверхности жидкости; тело плавает внутри жидкости; тело тонет в жидкости.
Оборудование: пробирка (или небольшой пузырек из-под лекарства) с пробкой; нить (или проволока) длиной 20-25 см; емкость с сухим песком; измерительный цилиндр, до половины наполненный водой; весы с разновесами; бумажные салфетки.
указания к работе
Подготовка к эксперименту
1. Прежде чем приступить к выполнению работы, убедитесь, что вы знаете ответы на следующие вопросы.
1) Какие силы действуют на тело, погруженное в жидкость?
2) По какой формуле находят силу тяжести?
3) По какой формуле находят архимедову силу?
4) По какой формуле находят среднюю плотность тела?
2. Определите цену деления шкалы измерительного цилиндра.
3. Закрепите пробирку на нити так, чтобы, держа за нить, можно было погрузить пробирку в измерительный цилиндр, а затем вынуть ее.
4. Вспомните правила работы с весами и подготовьте весы к работе. Эксперимент
Строго соблюдайте инструкцию по безопасности (см. форзац). Результаты измерений сразу заносите в таблицу.
Опыт 1. Определение условия, при котором тело тонет в жидкости.
1) Измерьте объем воды V 1 в измерительном цилиндре.
2) Заполните пробирку песком. Закройте пробку.
3) Опустите пробирку в измерительный цилиндр. В результате пробирка должна оказаться на дне цилиндра.
4) Измерьте объем V 2 воды и пробирки; определите объем пробирки:
5) Вытащите пробирку, протрите ее салфеткой.
6) Положите пробирку на весы и измерьте ее массу с точностью до 0,5 г. Опыт 2. Определение условия, при котором тело плавает внутри жидкости.
1) Отсыпая песок из пробирки, добейтесь, чтобы пробирка свободно плавала внутри жидкости.
Опыт 3. Определение условия, при котором тело всплывает и плавает на поверхности жидкости.
1) Отсыпьте из пробирки еще некоторое количество песка. Убедитесь, что после полного погружения в жидкость пробирка всплывает на поверхность жидкости.
2) Повторите действия, описанные в пунктах 5-6 опыта 1.
Обработка результатов эксперимента
1. Для каждого опыта:
1) выполните схематический рисунок, на котором изобразите силы, действующие на пробирку;
2) вычислите среднюю плотность пробирки с песком.
2. Занесите в таблицу результаты вычислений; завершите ее заполнение.
Анализ эксперимента и его результатов
Проанализировав результаты, сделайте вывод, в котором укажите, при каком условии: 1) тело тонет в жидкости; 2) тело плавает внутри жидкости; 3) тело плавает на поверхности жидкости.
Творческое задание
Предложите два способа определения средней плотности яйца. Запишите план проведения каждого опыта.
Это материал учебника
Плавание - это способность тела удерживаться на поверхности жидкости или на определённом уровне внутри жидкости.
Мы знаем, что на любое тело, находящееся в жидкости, действуют две силы, направленные в противоположные стороны: сила тяжести и архимедова сила.
Сила тяжести равна весу тела и направлена вниз, архимедова же сила зависит от плотности жидкости и направлена вверх. Как физика объясняет плавание тел, и каковы условия плавания тел на поверхности и в толще воды?
Архимедова сила выражается формулой:
Fвыт = g*m ж = g* ρ ж * V ж = P ж,
где m ж – это масса жидкости,
а P ж – вес вытесненной телом жидкости.
А так как масса у нас равна: m ж = ρ ж * V ж, то из формулы архимедовой силы мы видим, что она не зависит от плотности погруженного тела, а только от объема и плотности вытесненной телом жидкости.
Архимедова сила - это векторная величина. Причина существования выталкивающей силы – разница в давлении на верхнюю и нижнюю часть тела.Указанное на рисунке давление P 2 > P 1 из-за большей глубины. Для возникновения силы Архимеда достаточно того, чтобы тело было погружено в жидкость хотя бы частично.
Так, если тело плывёт по поверхности жидкости, значит выталкивающая сила, действующая на погружённую в жидкость часть этого тела равна силе тяжести всего тела. (Fа = Р)
Если сила тяжести меньше архимедовой силы (Fа > Р), то тело будет подниматься из жидкости, то есть всплывать.
В случае же, когда вес тела больше выталкивающей его архимедовой силы (Fа
Из полученного соотношения можно сделать важные выводы:
Выталкивающая сила зависит от плотности жидкости. А будет тело тонуть или плавать в жидкости, зависит от плотности тела.
Тело плавает, будучи полностью погруженным в жидкость, если плотность тела равна плотности жидкости
Тело плавает, частично выступая над поверхностью жидкости, если плотность тела меньше плотности жидкости
- если плотность тела больше плотности жидкости, плавание невозможно.
Лодки рыбаков изготовлены из сухого дерева, плотность которого меньше плотности воды.
Почему же плавают корабли?
Корпус корабля, который погружается в воду, делают объемным, а внутри этот корабль имеет большие полости, заполненные воздухом, которые сильно уменьшают общую плотность корабля. Объем вытесняемой кораблем воды, таким образом, сильно увеличивают, увеличивая выталкивающую его силу, а плотность корабля в сумме делают меньше плотности воды, дабы корабль мог плавать на поверхности. Поэтому каждый корабль имеет определенный предел массы грузов, который он может увезти. Это называется водоизмещением судна.
Условия плавания тел
Цель урока: выяснение условия плавания тел в зависимости от плотности вещества и жидкости.
Обучающие:
знакомство учащимися с понятиями: условие плавания тел
формирование целостного восприятие научной картины мира
Развивающие:
развитие операционного стиля мышления учащихся;
развитие синтетического мышления учащихся;
развитие умения и навыка проведения эксперимента;
продолжение работы над развитием интеллектуальных умений и навыков: выделение главного, анализ, умение делать выводы, конкретизация;
Воспитывающие:
формирование интереса учащихся к изучению физики;
воспитание аккуратности, умения и навыка рационального использования своего времени, планирования своей деятельности.
Оборудование к уроку:
Пробирка с пробкой, шарик из картофеля, пластилин, вода, насыщенный раствор соли, сосуд, динамометр, весы с разновесами
1. Вступление. Актуализация знаний.
Сегодня урок начнет ученик вашего класса. Итак внимательно слушаем
У синего кита язык весит 3 т, печень -1т, сердце - 600-700 кг, крови у него - 10 т, диаметр спинной артерии - 40 см, в желудке - 1-2 т. пищи; пасть кита - комната площадью 24 м2. В ыброшенный на берег, практически мгновенно гибнет .
Интересное растение живет в Тихом океане –это макроцистис. Его длина достигает 57 метров, а масса -100 килограммов. Эту водоросль называют пузырчаткой. Возле каждой пластины листа находится пузырь величиной с крупное яблоко. Оболочка толстая, не проколешь! Надут он туго, туго каким-то газом, который вырабатывает сама водоросль. Это растение очень полезное.
Л ебеди и утки, тяжелые и неуклюжие на берегу, но такие легкие и грациозные в воде.
Г воздь из железа тонет, а корабль, сделанный из железа плавает
2. Сформулируйте тему урока???
Условия плавания тел
Задачи урока:
Научиться выводить формулы условия плавания тел.
Научиться работать с приборами, наблюдать, анализировать и сравнивать результаты опытов, делать выводы.
Выяснить условие, при котором тело в жидкости тонет, и условие всплывания тел, полностью погруженных в жидкость.
3.Опыт:
– У меня в руках несколько брусочков и шариков одинакового объема. Одинаковыми ли будут выталкивающие силы этих тел при погружении их в воду? (одинаковыми)
– Попробуем опустить их в воду. Что мы видим? Одни тела утонули, другие плавают. Почему? Что еще мы не учли, когда говорили о погружении тел в жидкость?
Вывод из опыта:
Значит, тонет тело или нет, зависит не только от силы Архимеда, но и от силы тяжести.
4. Повторим материал прошлого урока
Какую силу называют архимедовой?
От каких величин она зависит?
По какой формуле её вычисляют?
Как еще можно определить выталкивающую силу
В каких единицах её измеряют?
Как направлена архимедова сила?
Как определить силу тяжести
Как направлена сила тяжести?
Что называется равнодействующей силой?
Как находится равнодействующая двух сил, направленных по одной прямой в одну сторону? В разные стороны?
Как будет вести себя тело под действием двух равных, но противоположно направленных сил?
5. Изложение нового материала. Первичное закрепление.
Разберем различные ситуации
(Fт >FА) (Fт =FА) (Fт < FА)
Выдвинем предположения (гипотезу)
если сила тяжести больше силы Архимеда (Fт >FА) --Тело тонет
если сила тяжести равна силе Архимеда (Fт =FА) – Тело плавает,
если сила тяжести меньше силы Архимеда (Fт < FА) ---Тело всплывает
Предположение необходимо проверить на опыте.
Перед вами различные тела и приборы.
Какими материалами необходимо воспользоваться чтобы доказать наши предположения
(динамометр, жидкость, тело)
Какие произвести измерения.(определить силу архимеда и силу тяжести и сравнить их между собой) или расчитать по формулам.
Заполняют таблицу
А= ρ ж V g =F т = mg =
вывод(соотношение сил тяжести и архимедовой силы определяет способности тела: плавать, тонуть или всплывать)
Соотношение сил тяжести и архимедовой силы определяет способности тела: плавать, тонуть или всплывать.
Демонстрации: 1. Тело из пробирки плавает в воде. 2. Шарик из картофеля тонет в воде. 3. Тот же картофельный шарик всплывает в соленой воде. 4. Шарик из пластилина тонет в воде 5. Лодочка из пластилина плавает в воде
Для того чтобы тело плавало, необходимо, чтобы действующая на него сила тяжести уравновешивалась архимедовой (выталкивающей) силой.
F т = F a (1)
Архимедова сила: F a = ρ ж V ж g (2)
Сила тяжести: F т = mg = ρVg (3)
Подставим выражения (2) и (3) в равенство (1): ρVg = ρ ж V ж g
Разделив обе части этого равенства на g, получим условие плавания тел в новой форме:
ρV = ρ ж V ж
Чтобы тело плавало, частично выступая над поверхностью жидкости, плотность тела должна быть меньше плотности жидкости. При плотности тела, больше плотности жидкости, тело тонет, т.к. сила тяжести превышает архимедову силу.
Разбор упражнения:
– Какие вещества (лед, стеарин, воск, резина, кирпич) будут всплывать в воде, молоке, ртути?
– Пользуясь таблицей, определите, какие металлы тонут в ртути? (осмий, иридий, платина, золото)
– Какие вещества будут всплывать в керосине? (пробка, сосна, дуб)
4. Применение условий плавания тел
А) Плавание кораблей
– А сейчас мы должны объяснить, почему стальной гвоздь тонет, а корабль из стали плавает?
– Возьмем пластилин. Если его опустить в воду, то он тонет. Как сделать так, чтобы он не тонул?
Б) Плавание рыб и китов
Как рыбы и киты могут менять глубину погружения? (рыбы за счет изменения объема плавательного пузыря, киты за счет изменения объема легких, значит за счет силы Архимеда)
Плотность живых организмов, населяющих водную среду, очень мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается архимедовой силой. Рыба может менять объём своего тела, сжимая плавательный пузырь усилиями грудных и брюшных мышц, меняя тем самым среднюю плотность своего тела, благодаря чему она может регулировать глубину своего погружения.
Плавательный пузырь рыбы легко меняет свой объём. Когда рыба с помощью мышц опускается на большую глубину и давление воды на неё увеличивается, пузырь сжимается, объём тела рыбы уменьшается и она плавает в глубине. При подъёме плавательный пузырь и объём рыбы увеличивается и она всплывает. Так рыба регулирует глубину своего погружения. Плавательный пузырь рыбы Это интересно
Киты регулируют глубину погружения за счёт увеличения и уменьшения объёма лёгких. Это интересно
Средняя плотность живых организмов, населяющих водную среду, мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается архимедовой силой. Благодаря этому водные животные не нуждаются в прочных и массивных скелетах. По этой же причине эластичны стволы водных растений.
У птиц есть толстый, не пропускающий воды, слой перьев и пуха, в котором содержится значительное количество воздуха, благодаря чему средняя плотность их тела оказывается очень малой, поэтому утки мало погружаются в воду при плавании.
В) Плавание подводных лодок
– За счет чего подводные лодки могут подниматься и опускаться на различные глубины? (за счет изменения своей массы, а значит силы тяжести)
Г) Плавание человека в пресной воде и в соленой воде
Средняя плотность тела человека равна 1030 кг/м. Будет ли плавать человек или тонуть в реке и в соленом озере?
Плавание тел
203. Лежащий на воде неподвижно на спине пловец делает глубокие вдох и выдох. Как изменяется при этом положение тела пловца по отношению к поверхности воды? Почему?
204. Одинаковы ли выталкивающие силы, действующие на один и тот же деревянный брусок, плавающий сначала в воде, а потом в керосине?
205. Почему тарелка, положенная на поверхность воды плашмя, плавает, а опущенная в воду ребром тонет?
206. Может ли спасательный круг удержать любое число ухватившихся за него людей?
207. На груди и на спине водолаза помещают тяжелые свинцовые пластинки, а к башмакам приделывают свинцовые подошвы. Зачем это делают?
208. В сосуд с водой опущен кусок дерева. Изменится ли от этого давление на дно сосуда, если вода из сосуда не выливается?
209. Стакан до краев наполнен водой. В него помещают кусок дерева так, что он свободно плавает. Изменится ли вес стакана, если вода по-прежнему наполняет его до краев?
Ответы:203. При вдохе пловец всплывает, при выдохе погружается глубже в воду, так как при дыхании меняется объем грудной клетки и соответственно меняется архимедова сила.
(При вдохе пловец всплывает, при выдохе погружается глубже в воду, так как при дыхании меняется объем грудной клетки, а масса тела остается практически постоянной. Поэтому общий объем тела при вдохе возрастает, при выдохе убывает, а объем части тела, погруженной в воду, не меняется.)
204. Одинаковы. Брусок плавает в обеих жидкостях, значит, выталкивающая сила в каждой из них равна действующей на него силе тяжести.
206. Нет, так как подъемная сила (разность между максимальной архимедовой силой и силой тяжести) круга имеет ограниченную величину.
207. Чтобы увеличить силу тяжести и сделать ее больше архимедовой силы, иначе водолаз не погрузится на необходимую глубину.
208. Давление увеличится, так как повысится уровень воды в сосуде.
209. Не изменится, так как вес куска дерева равен весу вытесненной им (и вылившейся из стакана) воды.
6. Экспериментальное задание.
Определите массу тела: m=
Определите F т по формуле и с помощью динамометра, заполните таблицу.
Определите F А по формуле и с помощью динамометра, заполните таблицу.
Сформулируйте вывод(соотношение сил тяжести и архимедовой силы определяет способности тела: плавать, тонуть или всплывать)
Заполняют таблицу
А= ρ ж V g =F т = mg =
вывод(на основе эксперимента)
вывод(по факту)
F т =
7. Задание на дом:
8.Заключение: с ейчас время нашего урока подходит к концу. И пусть мы не решили всех проблем, но ведь и наше путешествие по дорогам физики не заканчивается!