Примеры закон архимеда: примеры закона архимеда – Школьные Знания.com

Содержание

Примеры проявления закона Архиме

Примеры проявления закона Архиме

Примеры проявления закона Архимеда в природе

 

        Открытие основного закона гидростатики – одно из крупнейших завоеваний античной науки. Чтобы оценить значение открытия, рассмотрим примеры проявления и использования этого закона в природе, широко известного как закон Архимеда.

        Воды южных морей имеют более высокую соленость и плотность, чем воды арктического бассейна. Поэтому в Арктике нередки случаи, когда воды теплых течений опускаются под холодные воды северных широт. Например, в районе севернее Шпицбергена теплое южное течение опускается под холодные воды Ледовитого океана. Подобным же образом теплое течение Жаннетты, выходя из Берингова пролива, проходит под водами Арктики и выходит на поверхность лишь у берегов Северной Америки.

Различная соленость вод имеет большое значение для возникновения течений и в южных широтах. В Мраморном море вода более соленая и быстрее испаряется, чем в Черном. Поэтому через Босфор в придонных слоях вода протекает из Мраморного моря в Черное, в поверхностных же слоях имеет место противоположное течение.

        Подземные реки могут иметь выход не только на земную поверхность, но и на дно моря. Будучи более легкими, воды этих рек в неглубоком море могут подниматься до его поверхности, практически не смешиваясь с соленой водой. Подобные выходы пресных вод в открытом море имеются вблизи Марокканского побережья Атлантического океана (у Агадира) и в Коринфском заливе Ионического моря – вблизи Коринфа.

        Поскольку средняя плотность тела рыб близка к плотности воды, их вес вблизи основных горизонтов жизнедеятельности достаточно хорошо уравновешивается выталкивающей силой по закону Архимеда. Благодаря ритмичной работе мышц рыба может отталкиваться от воды и таким образом перемещаться. При этом по ее телу в направлении от головы к хвосту с возрастающей амплитудой пробегает плоская или винтообразная упругая волна. Скорость распространения этой волны превышает быстроту перемещения рыбы. За счет ритмичного отталкивания от воды при распространении по телу упругой волны и осуществляется плавание рыб. К помощи плавников рыбы прибегают только для поддержания равновесия и при медленных перемещениях.

        Такие обитатели морей, как осьминог, каракатица, моллюск сальпа, при перемещении используют принцип реактивного движения – они втягивают воду в специальные мускулистые мешки своего тела, а затем выталкивают ее наружу. Благодаря этому животные получают возможность перемещаться в направлении, противоположном выбрасываемой струе. А веслоногие, например черепахи, плавают, отталкиваясь от воды ногами.

        Мелкие рыбы обычно движутся стаями. К этому их принуждает то обстоятельство, что при увеличении скорости движения близко расположенных тел по закону Бернулли понижается давление в пространстве между ними. Давление между каждыми двумя соседними рыбами в рыбьем косяке будет меньше, чем в среде, не возмущенной движением рыбьей стаи. В этом случае рыбы будут испытывать небольшую прижимающую их друг к другу силу и двигаться вместе. Если бы рыбы в косяке не подчинялись действию гидродинамических сил, они затрачивали бы больше энергии для своего перемещения.

        В Средиземном море, у берегов Египта, водится удивительная рыба фагак. Приближение опасности заставляет фагака быстро заглатывать воду. При этом в пищеводе рыбы происходит бурное разложение продуктов питания с выделением значительного количества газов. Газы заполняют не только действующую полость пищевода, но и имеющийся при ней слепой вырост. В результате тело фагака сильно раздувается, и, в соответствии с законом Архимеда, он быстро всплывает на поверхность водоема. Здесь он плавает, повиснув вверх брюхом, пока выделившиеся в его организме газы не улетучатся. После этого сила тяжести опускает его на дно водоема, где он укрывается среди придонных водорослей.

        Живущий в тропических морях моллюск наутилус может быстро всплывать и вновь опускаться на дно. Моллюск этот живет в закрученной спиралью раковине. Когда ему нужно подняться или опуститься, он изменяет объем внутренних полостей в своем организме.

        У широко распространенного в Европе водяного паука, обитающего в стоячих или слабо проточных водах, поверхность брюшка не смачивается водой. Уходя в глубину, он уносит с собой приставшую к брюшку воздушную оболочку, которая придает ему запас плавучести и помогает возвращению на поверхность.

        Произрастающий в дельте Волги вблизи Астрахани чилим (водяной орех) после цветения дает под водой тяжелые плоды. Эти плоды настолько тяжелы, что вполне могут увлечь на дно все растение. Однако в это время у чилима, растущего в глубокой воде, на черешках листьев возникают вздутия, придающие ему необходимую подъемную силу, и он не тонет.

        Известно, что наибольшие по размерам животные нашей планеты живут в воде. Закон Архимеда способствует тому, чтобы они не были раздавлены весом своего тела. В наше время самым крупным животным является кит, длина его может достигать 30 м. В мезозое крупнейшими были динозавры и среди них атлантозавр, длина тела которого составляла около 60 м.

        Так как тела обитателей морей и рек содержат в своем составе много воды, давление в организме этих животных и в окружающей среде легко выравнивается. У рыб с плавательным пузырем такое уравнивание происходит лишь в сферах их постоянной жизнедеятельности. При быстром подъеме из области больших глубин на поверхность водоема плавательный пузырь рыб под действием высокого внутреннего давления выдавливается наружу, что приводит к их гибели.

        В Мертвом море за счет большого количества растворенных солей (более 27% по весу) плотность воды достигает 1,16 г/см3. Купаясь в этом море, человек очень мало погружается в воду, находясь как бы на поверхности, поскольку средняя плотность тела человека меньше плотности воды. В нашей стране еще более высокая плотность воды наблюдается в заливе Кара-Богаз-Гол на Каспии и в озере Эльтон.

        Для жизни под водой человек совершенно не приспособлен. На глубине 20 м под действием внешнего давления у него могут лопнуть барабанные перепонки. Опуститься же на глубину более 70 м без специального костюма человеку совершенно невозможно. (Правда, натренированные пловцы на очень короткое время опускаются под воду на глубину до 51 м).

        В человеческом организме в полости живота давление немного превышает атмосферное, в полости груди, наоборот, меньше атмосферного. Если человек, находясь неглубоко под водой, попытается дышать через узкую трубочку (тростинку или соломинку), то он может непродолжительное время это делать только при толщине находящегося над ним слоя воды менее 1 м. Дополнительное давление на человеческий организм столба воды в 1 м и более быстро приводит к полному прекращению дыхания и кровообращения. При этом кровь переполняет сердце, а брюшная полость и ноги почти совершенно обескровливаются. В процессе же ныряния жизнедеятельность человека существенным образом не нарушается, поскольку в этом случае он набирает в легкие дополнительное количество воздуха, которое помогает ему уравновешивать давление воды на его организм.

        Известный русский адмирал М.П. Лазарев неоднократно показывал матросам во время плаваний следующий любопытный опыт с бутылкой. С помощью свинцового груза порожнюю закупоренную бутылку матросы опускали под воду на глубину до 430 м. После ее подъема на палубу они с удивлением убеждались, что бутылка заполнена глубинной водой и плотно закрыта пробкой, причем верх и низ пробки поменялись местами. Это происходило за счет давления воды, которое, в соответствии с законами гидродинамики, на глубине 430 м имеет вполне достаточную для этого величину. Опыт Лазарева представляет собой яркую демонстрацию действия давления воды на больших глубинах. Это позволяет лучше понять действие давления воды и на человеческий организм.

        Многим, наверное, не раз приходилось наблюдать ледоход на реках. Еще более грандиозное зрелище представляют собой айсберги – «плавучие ледяные горы» больших размеров. Айсберги – это массы материкового льда, оторвавшиеся от ледника или ледового барьера и плавающие в полярных морях и прилегающих к ним акваториях.

        Средняя высота надводной части айсберга нередко достигает 50…70 м, максимальное ее значение приближается к 450 м. Наибольшая длина подводной части может доходить до 130 км. Объем надводной части айсберга составляет небольшую часть его полного объема.

        Перемещаясь в более теплые воды, айсберг оплавляется снизу, в результате чего центр тяжести его перемещается выше центра, к которому приложено выталкивающее действие воды. Такой айсберг теряет равновесие и с шумом переворачивается.

        При спокойном море и отсутствии ветра айсберг с подтаявшей нижней частью начинает раскачиваться, что является признаком предстоящего переворачивания. Когда айсберг находится в состоянии неустойчивого равновесия, даже работа машин находящегося поблизости корабля может дать толчок к переворачиванию.

        Таяние айсбергов на южной границе северных морей вызывает некоторое понижение солености воды. В этом же районе в процессе таяния айсберги сбрасывают на дно морей захваченные ими части морен, а иногда и довольно крупные куски скал.

        В средней полосе Советского Союза имеются следы подобной деятельности айсбергов, относящиеся к периоду, когда территория нашей страны была дном моря. Аналогично происходит вынос окатанной гальки на дно арктического бассейна. Примерзая ко льду у берегов, галька вместе с льдинами уносится впоследствии в океан и опускается на его дно после таяния льда.

        В некоторых реках при быстром течении за счет интенсивного перемешивания воды происходит переохлаждение отдельных участков дна. При этом переохлажденный участок дна покрывается льдом внутриводного и отчасти поверхностного происхождения. Иногда донный лед занимает значительную часть сечения реки. Тогда река выходит из берегов, и становится возможным наводнение.

        Так как подъемная сила льда пропорциональна его объему, а сила сцепления с ложем реки пропорциональна поверхности, то при отложении достаточно большого количества льда на дне он может преодолеть сцепление с ложем и всплыть на поверхность. Поднявшаяся на поверхность губчатая масса донного льда обычно содержит различные включения: камни, песок, а иногда и затонувшие якоря вместе с якорными цепями. Донный лед может возникать не только на реках, но и в неглубоких местах морей и озер (вблизи берегов), где переохлаждение достигает дна водоема. В этом случае всплывающий лед поднимает на поверхность придонные водоросли.

        Искусно используют закон Архимеда подводники. Если подводная лодка плывет между слоями воды с разной температурой, ее балласт подбирают таким образом, чтобы обеспечить небольшую перегрузку для теплого слоя и недогрузку для холодного. В этом случае лодка лежит на холодном слое, не нуждаясь в специальных мерах для поддержания равновесия. Для батискафа с небольшой отрицательной плавучестью слой более плотной воды может играть роль уравновешивающего «жидкого грунта».

        При переходе подводной лодки из морских глубин в устье реки, подводники тщательно следят за расстоянием между лодкой и дном, так как в пресной воде выталкивающая сила Архимеда меньше, чем в морской, и при недосмотре со стороны экипажа лодка может сесть на илистый грунт речного устья.

        Очень большое значение закон Архимеда имеет в технике бурения. Буровая колонна для бурения глубоких скважин уже на глубине 5 км в воздухе имела бы вес 226 тонн. Однако в промывочной жидкости плотностью 2 г/см3 в соответствии с законом Архимеда вес буровой колонны будет сильно уменьшен. Алюминиевые трубы «теряют» в весе в этих условиях до 50%. Подбором промывочной жидкости можно намного уменьшить вес буровой колонны. Это в огромной степени способствует успеху бурения.

        Используя законы гидростатики, человек все полнее познает условия жизни в водной среде и все больше подчиняет водную стихию своей власти.

 

К уроку

Сайт создан в системе uCoz

Архимедова сила. 7-й класс

УЧЕБНЫЕ ЦЕЛИ:

  1. Продолжить формирование знаний обучающихся о выталкивающей силе, выяснить, от каких величин зависит (не зависит) значение Архимедовой силы.
  2. Формировать умение проводить физический эксперимент, по его результатам делать выводы, обобщения.

РАЗВИВАЮЩИЕ ЦЕЛИ:

  1. Развивать мотивационные качества суворовцев, познавательный интерес к предмету.
  2. Развивать творческие способности.
  3. Развивать умения применять приобретенные знания в новой учебной ситуации, анализировать изученный материал.
  4. Развивать учебно-организационные, учебно-интеллектуальные, учебно-информационные, учебно-коммуникативные компетентности.

ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ:

  1. Содействовать формированию научного мировоззрения.
  2. Показать практическую значимость изученной темы.
  3. Воспитывать умение работать в группах для решения совместной задачи.

ТИП УРОКА: урок формирования новых знаний и умений.

ВИД УРОКА: эвристическая беседа с элементами исследования.

МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

Приборы и оборудование: наборы тел, динамометры, различные виды жидкостей, равноплечий рычаг, емкости для жидкости, ведерко Архимеда, пластилин.

Интерактивная доска, презентация урока, раздаточный материал (тесты, рабочие листы для оформления результатов исследования, таблицы достижений).

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:

  1. Архимедова сила.
  2. Проявление Архимедовой силы в природе, быту и технике.

Ход урока

Организационный момент

Создание положительной мотивации.

Прежде чем мы начнем наш урок, посмотрите на листы, которые лежат перед вами. Найдите “Рабочий лист”, на нем вы будете вести все записи на уроке, потом его вклеите в рабочую тетрадь. В “Лист достижений” вы будете заносить набранные баллы за работу на уроке, в конце урока все баллы суммируете и выставите себе оценку. От вашей работы зависит и ваш результат. Разноцветные сигнальные карточки отложите в сторону, они вам понадобятся только в конце урока.

Актуализация опорных знаний

Сегодня на уроке мы продолжим изучение темы “Действие жидкости и газа на погруженные в них тела”. Вспомните, какая сила действует на тело, погруженное в жидкость или газ? (Выталкивающая).

Как она направлена? (Вертикально вверх).

Какой простой опыт может подтвердить сказанное? (Опыт с теннисным шариком). Опыт демонстрирует суворовец.

Чему равна выталкивающая сила? (Сила, выталкивающая тело из жидкости или газа, равна весу жидкости, или газа в объеме погруженного тела или части его тела.)

Как на опыте можно определить значение выталкивающей силы? (Необходимо измерить вес тела в воздухе, затем вес тела в жидкости и из веса тела в воздухе вычесть вес тела в жидкости).

На каждое тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила? (Да.)

Демонстрация опыта. (Постановка проблемного вопроса) На равноплечем рычаге уравновешивают 2 груза по 1н. Затем грузы опускают в сосуды, один с простой водой, другой соленой водой и наблюдают нарушение равновесия. Почему нарушилось равновесие уравновешенного в воздухе рычага с грузами одинакового веса при помещении их в жидкость? Суворовцы делают предположения, но ответить правильно на вопрос не могут. Сегодня на уроке вам предстоит ответить на этот вопрос. Первым изучил выталкивающую силу древний греческий ученый Архимед, поэтому эта сила так и называется Архимедова сила. Возьмите “Рабочий лист” и запишите тему урока: “Архимедова сила”.

Цель нашего урока: изучить Архимедову силу, т.е. выяснить, от каких величин зависит, а от каких не зависит данная сила, научиться определять ее и узнать, где эта сила нашла свое применение.

Кто же такой Архимед?

Формирование новых знаний

Архимед – выдающийся ученый Древний Греции, родился в 3-ем веке до нашей эры в городе Сиракузы на острове Сицилия. Архимед получил блестящее образование у своего отца, астронома и математика Фидия, родственника сиракузского тирана Гиерона. В юности он провел несколько лет в крупнейшем культурном центре Александрии, где он дружил с астрономом Кононом и математиком Эратосфеном. Это послужило толчком к развитию его выдающихся способностей. Он прославился многочисленными научными трудами, в области физики и геометрии. Его изобретением была машина для поливки полей “винт-улитка”, он разработал теорию рычага. Он был подлинным патриотом своего города. В то время шла 2-ая Пуническая война. Город осадило римское войско, обладавшее превосходным флотом. Архимед организовал инженерную оборону. Он построил множество удивительных машин, которые топили вражеские корабли. После Архимеда осталось много трудов. Одним из важнейших открытий стал закон, впоследствии названный законом Архимеда.

Сейчас вам как юным Архимедам предстоит исследовать выталкивающую силу. Сформулируйте цели исследования

  1. Обнаружить выталкивающее действие жидкости.
  2. Выяснить, от каких факторов зависит Архимедова сила.
  3. Выяснить, от каких факторов не зависит Архимедова сила.

Проблемный вопрос. Предложите, какие факторы будут влиять на значение выталкивающей силы.

Возможные предположения: (гипотезы)

  1. объем тела
  2. плотность тела
  3. форма тела
  4. плотность жидкости
  5. глубина погружения

Как мы можем проверить наши предположения? На опытах и с помощью теоретических выводов.

Давайте проверим ваши предположения. Сейчас вы разделитесь на 5 групп, получите оборудование и соответствующее задание. Оформите результат своей работы на рабочих листах, сделаете вывод и занесете свой результат в сводную таблицу на доске.

Задание 1 группе

Оборудование: сосуд с водой, динамометр, алюминиевый и стальной бруски на нити одинакового объема.

  1. Определите Архимедову силу, действующую на первое тело
  2. Р в возд =     Р в воде =      Fа 1 =

  3. Определите Архимедову силу, действующую на второе тело
  4. Р в возд =     Р в воде =      Fа 2 =

  5. Сравните плотность тел и Архимедовы силы, действующие на тела.
    алюм = 2700кг/м3      стал =7800кг/м3

    Fа 1 = Fа2 =

  1. Сделайте вывод о зависимости (независимости) Архимедовой силы от плотности тела.

Задание 2 группе

Оборудование: сосуд с водой, динамометр, металлическое тело на нити.

  1. Определите Архимедову силу, действующую на 1/2 объема тела, погруженного в воду.
  2. Р в возд =     Р в воде =      Fа1 =

  3. Определить Архимедову силу, действующую на целиком погруженное тело в жидкость.
  4. Р в возд =     Р в воде =      Fа 2 =

  5. Сравните эти силы.
  6. Fа 1 =     Fа2 =

  7. Сделайте вывод о зависимости (независимости) Архимедовой силы от объема погруженной части тела.

Задание 3 группе

Оборудование: динамометр, сосуды с чистой и соленой водой, стальной брусок на нити.

  1. Определите Архимедовы силы, действующие на тело в чистой воде
  2. Р в возд =     Р в воде =      Fа1 =

  3. Определите Архимедовы силы, действующие на тело в соленой воде
  4. Р в возд =     Р в воде =      Fа 2 =

  5. Сравните плотности этих жидкостей.
  6. чист воды =1000кг/м3      сол. воды =1030кг/м3

  7. Сравните Архимедовы силы, действующие на тело в различных жидкостях.
  8. Fа 1=     Fа2 =

  9. Установите зависимость Архимедовой силы от плотности жидкости.

Задание 4 группе

Оборудование: тела из пластилина одинакового объема, но разной формы, сосуд с водой, динамометр.

  1. Определите Архимедову силу, действующую на тело шарообразной формы
  2. Р в возд =     Р в воде =      Fа1 =

  3. Определите Архимедову силу, действующую на тело прямоугольной формы
  4. Р в возд =     Р в воде =      Fа 2 =

  5. Сравните эти силы
  6. Fа 1 =     Fа2 =

  7. Сделайте вывод о зависимости (независимости) Архимедовой силы от формы тела.

Задание 5 группе

Оборудование: сосуд с водой, динамометр, металлический цилиндр, измерительная линейка.

  1. Определите Архимедову силу, действующую на тело при погружении на глубину 5 см
  2. Р в возд =     Р в воде =      Fа1 =

  3. Определите Архимедову силу, действующую на тело при погружении на глубину 10 см
  4. Р в возд =     Р в воде =      Fа 2 =

  5. Сравните Архимедову силу, действующую на тело при погружении на глубину на 5 см и на 10 см
  6. Fа 1=     Fа2 =

  7. Сделайте вывод о зависимости (независимости) Архимедовой силы от глубины погружения тела.

В это время теоретик работает у доски по плану, данному преподавателем, он находит архимедову силу как вес вытесненной жидкости. Fa= ж g V

После получения результатов делается общий вывод. Вывод записывается суворовцами в тетрадь.

Архимедова сила

Зависит от:

1. Плотности жидкости 2. Объема погруженной части тела

Не зависит от:

1. Плотности тела 2. Формы тела 3. Глубины погружения

Сравнивая результат теоретического вывода и выводы экспериментаторов, видим, что они совпали.

Подытожим наши знания за два урока.

Способы нахождения Архимедовой силы

  1. Fа = Рж (в объеме погруженной части тела)
  2. Fа =Р в воздухе –Р в жидкости
  3. Fа = ж g Vт

Сила, выталкивающая целиком, погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости в объеме этого тела. Этот закон справедлив и для газов.

Существует легенда, что эта мысль посетила Архимеда, когда он принимал ванну. Давайте послушаем и посмотрим эту легенду. Сценка из поэмы Е.С. Ефимовского “История жизни, открытий, борьбы и гибель великого ученого древности Архимеда”.

Опыт с ведерком Архимеда. Демонстрирует суворовец, игравший Архимеда. К пружине подвешено ведерко и цилиндр. Объем цилиндра равен внутреннему объему ведерка. Растяжение пружины отмечено указателем. При погружении целиком цилиндра в отливной стакан с водой видим, что пружина сократилась, а вода вылилась в стакан. Объем вылившейся воды равен объему погруженного в воду тела. Выльем в ведерко воду из стакана и увидим, что указатель пружины возвратился к начальному положению. Значит, сила, которая вытолкнула воду, равна весу воды, вытесненной телом.

Где вы в жизни встречаетесь с Архимедовой силой? Демонстрация фотозадач

Фото №1. (Мертвое море) На территории Палестины и Израиля есть странное, на первый взгляд море. В море нельзя утонуть. Почему?

Фото №2. (Рыбы) Рыбы могут легко регулировать глубину своего погружения, меняя объем своего тела благодаря плавательному пузырю. Погружаться или всплывать будет рыба, при уменьшении объема плавательного пузыря? (Погружаться, т.к. при уменьшении объема тела, уменьшается и Архимедова сила).

Фото №3. (Кит) Кит, хотя и живет в воде, но дышит легкими. Однако, имея легкие, кит не проживет и часа, если окажется на суше. Почему? (Громадная сила тяжести прижмет животное к земле. Скелет кита не приспособлен к тому, чтобы выдержать эту тяжесть, даже дышать кит не сможет, т.к. для вдоха он должен расширить легкие, т.е. приподнять мышцы, окружающие грудную клетку, а в воздухе эти мышцы весят несколько десятков тысяч ньютонов).

Фото №4. (Корабли, подводные лодки, воздушные шары) Примеры применения Архимедовой силы.

Первичное закрепление

Подумай и ответь:

№1. Одинакового объема тела (стальное и стеклянное) опущены в воду. Одинаковые ли выталкивающие силы действуют на них?

№2. Первоклассник и семиклассник нырнули в воду. Кого вода выталкивает сильнее?

№3. Один раз мальчик нырнул на глубину 2м, а в другой – на 3м. В каком случае его вода выталкивает сильнее?

Резерв* Вариант№1. Определите выталкивающую силу, действующую на полностью погруженную в море батисферу объемом 4м3? Плотность морской воды 1030кг/м3.(41200н)

Вариант№2. Железобетонная плита объемом 0,3м3 наполовину погружена в воду. Какова архимедова сила, действующая на нее? Плотность воды 1000кг/м3.(1500н)

Закрепление изученного материала

Определяется задача по работе с тестами. Суворовцы слушают преподавателя, письменно и (на компьютерах) отвечают на вопросы теста и осуществляют самопроверку.

Проверь себя. Хорошо ли изучили силу Архимеда? Тест (см. приложение)

Подведение итогов урока и задание на самоподготовку

Наш урок подошел к концу пора подводить итоги. Сосчитайте все набранные вами баллы.

БАЛЛЫ

ОЦЕНКА

8-9 3
10-11 4
Более 11 5

Рефлексия. Поднимите желтый треугольник, кто за урок получил оценку 3, зеленый квадрат кто получил – 4 и красную звездочку – 5 .

Задание на самоподготовку: Перышкин А.В. “Физика-7” § 49, упр.24 № 3,4

Творческое задание: написать сочинение на тему: “Если бы Архимедова сила исчезла…”.

ТЕСТ

Вопрос   Варианты ответов Ответ
1 На какое тело действует большая архимедова сила? А) На первое
Б) На второе
В) На оба тела одинаковая
 
2 На какое тело действует меньшая выталкивающая сила? А) На третье
Б) На второе
В) На первое
 
3 На какое тело действует большая архимедова сила? А) На первое
Б) На второе
В) На третье
 
4 К коромыслу весов подвешены два алюминиевых цилиндра одинакового объема. Нарушится ли равновесие весов, если один цилиндр поместить в воду, а другой – в спирт? А)Перевесит цилиндр в спирте
Б)Перевесит цилиндр в воде
В) Не нарушится
 
5 Определите выталкивающую силу, действующую на погруженное в воду тело объемом 0,001м3 А) 10Н
Б) 100Н
В) 1000Н
 

РАБОЧИЙ ЛИСТ

Число

Тема:

АРХИМЕДОВА СИЛА
ЗАВИСИТ ОТ: 1.
2.
НЕ ЗАВИСИТ ОТ: 1.
2.
3.

СПОСОБЫ НАХОЖДЕНИЯ АРХИМЕДОВОЙ СИЛЫ

1.
2.
3.

Примеры проявления Архимедовой силы в быту, природе, технике

ЛИСТ ДОСТИЖЕНИЙ

Исследовательская работа

Работа на уроке

Тест

Поощрительный балл

Всего баллов

Оценка

             

ЗАДАНИЕ ДЛЯ “ТЕОРЕТИКА”

  1. Запишите формулу для выталкивающей силы, действующей на тело, погруженное в жидкость.
  2. Как найти вес жидкости?
  3. Как найти массу жидкости?
  4. Чему равен объем вытесненной жидкости
  5. Как найти выталкивающую (Архимедову силу)?
  6. Проанализируйте формулу. Сделайте вывод: от каких факторов зависит значение Архимедовой силы?

Условия плавания тел в жидкости — определение, примеры

Сила: что это за величина

Перед тем, как разобраться в процессе плавания тел, нужно понять, что такое сила.

В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или тормозит, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причина любого действия или взаимодействия — ее величество сила.

  • Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на данное тело со стороны других тел.

Она измеряется в Ньютонах — единице измерения, которую назвали в честь Исаака Ньютона.

Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В этом случае результат выражается в направлении движения.



Закон Архимеда

Этот закон известен преимущественно не своей формулировкой, а историей его возникновения.

Легенда гласит, что царь Герон II попросил Архимеда определить, из чистого ли золота сделана его корона, при этом, не причиняя вреда самой короне. То есть, нельзя ее расплавить или в чем-нибудь растворить.

Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало — нужно было определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита, и определить, чистое ли это золото.

Это можно сделать по формуле плотности. 3]

Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну — и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. И тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему.

Решение задачи было найдено и, согласно самой расхожей версии легенды, ученый закричал «Эврика!» и побежал докладывать о своей победе в царский дворец (по легенде он даже не оделся).

Закон Архимеда

Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, равна по модулю весу вытесненной жидкости и противоположно ему направлена.

На поверхность твердого тела, погруженного в жидкость или газ, действуют силы давления. Эти силы увеличиваются с глубиной погружения, и на нижнюю часть тела будет действовать со стороны жидкости большая сила, чем на верхнюю. 2

А теперь давайте порешаем задачки.

Задача 1

В сосуд погружены три железных шарика равных объемов. Одинаковы ли силы, выталкивающие шарики? (Плотность жидкости вследствие ничтожно малой сжимаемости на любой глубине считать примерно одинаковой).


Решение:

Да, так как объемы одинаковы, а архимедова сила зависит от объема погруженной части тела, а не от глубины.

Задача 2

На поверхности воды плавают бруски из дерева, пробки и льда. Укажите, какой брусок из пробки, а какой изо льда? Какая существует зависимость между плотностью тела и объемом этого тела над водой?


Решение:

Чем меньше плотность тела, тем большая часть его находится над водой. Дерево плотнее пробки, а лед плотнее дерева. Значит изо льда — материал №1, а из пробки — №3.

Задача 3

На графике показана зависимость модуля силы Архимеда FАрх, действующей на медленно погружаемый в жидкость кубик, от глубины погружения x. Длина ребра кубика равна 10 см, его нижнее основание всё время параллельно поверхности жидкости. Определите плотность жидкости. Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с2.


Решение:

Сила Архимеда, действующая на кубик равна FАрх = ρж * g * Vпогр

V — объём погруженной части кубика,

ρ — плотность жидкости.

Учитывая, что нижнее основание кубика всё время параллельно поверхности жидкости, можем записать:

FАрх = ρж * g * Vпогр = ρж * g * a2 * x

а — длина стороны кубика.

Выразим плотность:

ρ = FАрх / (g * a2 * x)

Рассматривая любую точку данного графика, получим:

ρ = FАрх / (g * a2 * x) = 20,25 / (10 * 7,5 * 10-2) = 2700 кг/м3

Ответ: плотность жидкости равна 2700 кг/м3

Задача 4

В сосуде с водой, не касаясь стенок и дна, плавает деревянный кубик с длиной ребра 20 см. Кубик вынимают из воды, заменяют половину его объёма на материал, плотность которого в 6 раз больше плотности древесины, и помещают получившийся составной кубик обратно в сосуд с водой. На сколько увеличится модуль силы Архимеда, действующей на кубик? (Плотность сосны — 400 кг/м3.)

Решение:

В первом случае кубик плавает в воде, а это значит, что сила тяжести уравновешивается силой Архимеда:

FАрх1 = mg = ρт * g * a3 = 400 * 0,23 * 10 = 32 Н

После замены части кубика его средняя плотность станет равной

0,5 * 400 + 0,5 * 2400 = 1400 кг/м3

Получившаяся плотность больше плотности воды = 100 кг/м3. Это значит, что во втором случае кубик полностью погрузится в воду. Сила Архимеда в этом случае будет равна:

FАрх2 = ρт * g * Vт = 1000 * 10 * 0,23 = 80 Н

Отсюда получаем, что сила Архимеда увеличится на 48 Н.

Ответ: сила Архимеда увеличится 48 Н

Плавание тел

Из закона Архимеда есть следствия об условиях плавания тел.

Условия плавания тел

Погружение

Плавание внутри жидкости

Плавание на поверхности жидкости

ρжт

Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдёт на дно

ρж = ρт

Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.

ρжт

Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.

Почему корабли не тонут?

Корабль сделан из металла, плотность которого больше плотности воды. И, по идее, он должен тонуть. Но дело в том, что корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Если корабль получит пробоину, то пространство внутри заполнится водой — следовательно, общая плотность корабля увеличится. Судно утонет.

В подводных лодках есть специальные резервуары, заполняемые водой или сжатым воздухом. Если нужно уйти на глубину — водой, если подняться — сжатым воздухом. Рыбы используют такой же принцип в плавательном пузыре — наполняют его воздухом, чтобы подняться наверх.

Человеку, чтобы не утонуть, тоже достаточно набрать в легкие воздух и не двигаться — вода будет выталкивать тело на поверхность. Именно поэтому важно не тратить силы и кислород в легких на панику и борьбу, а расслабиться и позволить физическим законам сделать все за нас.

Закон Архимеда – основные понятия, формулы и определения с примерами

Закон Архимеда:

На поверхность тела, погруженного в жидкость, действуют силы давления. Так как давление увеличивается с глубиной погружения, то силы давления, действующие на нижнюю часть тела, всегда больше, что отражено на рисунке 169 длиной стрелок. Поэтому можно ожидать, что равнодействующая сил давления будет направлена вверх. Опыт подтверждает это предположение.

Если подвешенное к крючку динамометра тело опустить в воду, то показания динамометра уменьшатся (рис. 170).

Равнодействующая сил давления на тело, погруженное в жидкость, называется выталкивающей силой или силой Архимеда.

Рассмотрим тело, имеющее форму прямоугольного параллелепипеда, погруженное в жидкость так, что его основания расположены горизонтально (рис. 171). Силы давления, действующие на боковые грани тела, уравновешены. Они сжимают тело. Силы же, действующие на основания параллелепипеда, не одинаковы. Модуль силы давления, действующей на верхнее основание:

где p0 — внешнее давление, h1 — высота столба жидкости над верхним основанием, р — плотность жидкости, S — площадь основания.


Рис. 171

Модуль силы давления жидкости, действующей на нижнее основание:

где h2 — глубина, на которой находится нижнее основание. Поскольку h2 > h1 , то F2> F1, и, следовательно, равнодействующая будет направлена вверх и по модулю равна:

Так как ( h2h1 ) — высота параллелепипеда, то
,    (1)
где V=S( h2 – h1 ) — объем тела.

В векторном виде выражение для силы Архимеда примет вид:
    (2)

Мы получили выражение выталкивающей силы для прямоугольного параллелепипеда, погруженного в жидкость. Однако эта формула справедлива для тела любой формы. Действительно, выталкивающая сила, действующая на тело (рис. 172), есть равнодействующая сил давления жидкости на его поверхность. Представим себе, что тело удалено, и его место занято той же жидкостью (рис. 173). Давление на поверхность такого мысленно выделенного объема будет таким же, каким было давление на поверхность самого тела. Значит, и равнодействующая сила давления па тело (выталкивающая сила) равна равнодействующей силе давления на выделенный объем жидкости. Но этот объем жидкости находится в равновесии. Силы, действующие на него, — это сила тяжести и выталкивающая сила (см. рис. 173). Значит, выталкивающая сила равна по модулю силе тяжести, действующей на выделенный объем жидкости, и приложена она в центре масс выделенного объема жидкости. Точку приложения выталкивающей силы называют также центром давления.


Рис. 172

Рис. 173

Таким образом,

Итак, на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная по модулю весу жидкости в объеме, занимаемом телом (вытесненный объем), и приложенная в центре масс этого объема (центре давления).

Это и есть закон Архимеда, экспериментально установленный Архимедом более 2200 лет тому назад. Примерная схема опыта Архимеда изображена на рисунках 174, 175, 176. Пустой стакан А («ведерко Архимеда») и сплошной цилиндр В, имеющий объем, в точности равный вместимости стакана, подвесим к динамометру (см. рис. 174). Затем, подставив сосуд с водой, погрузим цилиндр в воду. Равновесие нарушится, и растяжение динамометра уменьшится (см. рис. 175). Разность показаний динамометра как раз равна выталкивающей силе, действующей на цилиндр. Если наполнить стакан водой, то пружина динамометра снова растянется до первоначальной длины (см. рис. 176). Таким образом, доказано, что выталкивающая сила, действующая на погруженное тело, равна силе тяжести жидкости в объеме тела.


Рис. 174

Рис. 175

По третьему закону Ньютона если жидкость действует на погруженное тело, то и тело действует на жидкость. Эта сила направлена вертикально вниз и равна по модулю силе Архимеда. Это утверждение доказывается следующим опытом. Неполный стакан с водой уравновешивают на весах. Затем в стакан погружают тело, подвешенное на штативе. При этом чашка со стаканом опускается, и для восстановления равновесия приходится добавить на другую чашку гири, вес которых равен весу воды, вытесненной телом.

Сила Архимеда действует также на тела в воздухе. Однако плотность воздyxa мала, и действием выталкивающей силы в большинстве случаев можно пренебречь.

Выталкивающая сила действует на тела в жидкостях и газах, потому что они сжаты силой притяжения к Земле. В состоянии невесомости сила Архимеда не действует.

Рис. 176

Главные выводы:

  1. Из-за того что давление увеличивается с глубиной погружения, на тело, погруженное в жидкость (газ), действует выталкивающая сила.
  2. На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая :ила, равная по модулю весу жидкости в объеме, занимаемом телом. Эта :ила приложена в центре давления.
  3. Тело, погруженное в жидкость, действует на жидкость с силой, равной по модулю выталкивающей силе и противоположно направленной.
  4. В невесомости сила Архимеда отсутствует.

Плавание тел и воздухоплавание:

Закон Архимеда дает возможность объяснить все вопросы, связанные с плаванием тел. Погрузим полностью тело в жидкость и предоставим самому себе. Если сила тяжести больше силы Архимеда, то оно будет тонуть, пока не упадет на дно сосуда (рис. 177). Если сила тяжести меньше силы Архимеда, то оно будет всплывать, поднимаясь к поверхности жидкости (см. рис. 177). В том случае, когда сила тяжести в точности равна выталкивающей силе, оно будет находиться в равновесии и плавать внутри жидкости.


Рис. 177

Рассмотрим тела, которые тонут в жидкости. Если тело однородное, т. е. во всех точках имеет одну и ту же плотность, то нетрудно показать, что в этом случае плотность тела больше плотности жидкости. Действительно:

Отсюда следует, что рт > рж.

Если тело неоднородное, т. е. плотность тела неодинакова в различных точках, например тело с пустотами внутри, то под плотностью тела необходимо понимать среднюю плотность: (рт)>рж.

Для тонущих тел неправильной формы, объем которых трудно найти при помощи измерения размеров тела, закон Архимеда позволяет экспериментально определить плотность тела. Для этого тело необходимо дважды взвесить: один раз в воздухе, а другой раз — погружая его в жидкость, плотность которой известна. Первое взвешивание дает значение силы тяжести: P = pTgV. Результат второго взвешивания F дает разность между силой тяжести mg и выталкивающей силой FA:

Заменив в этой формуле объем тела V на, легко получить, что
∙    (1)

В случае неоднородного тела определяемая по этой формуле величина рT даст среднюю плотность.
Если тело, погруженное в жидкость, находится в равновесии, то плотность тела (или его средняя плотность) равна плотности жидкости. Можно проделать следующий опыт. Куриное яйцо тонет в пресной воде, но плавает в соленой. При растворении соли плотность раствора увеличивается. При этом концентрация раствора постепенно уменьшается кверху, т. е. раствор является неоднородной жидкостью. Его плотность вверху меньше, чем внизу. Поэтому в таком растворе куриное яйцо вначале будет тонуть, а затем остановится, не достигнув дна, и будет плавать на такой глубине, где его плотность равна средней плотности раствора на данной глубине.

Другим примером плавания тел под водой является плавание подводных лодок (рис. 178). Они должны иметь возможность всплывать и погружаться в воду, а также плыть под поверхностью воды. Так как объем лодки остается во всех случаях неизменным, то для выполнения этих маневров на лодке должна быть предусмотрена возможность изменения ее массы. В лодке сделан ряд балластных отсеков, которые при помощи специальных устройств можно заполнить забортной водой (при этом масса лодки увеличивается, и она погружается) и освободить от воды (при этом масса лодки уменьшается, и она всплывает). Конечно, трудно подобрать такую массу воды, чтобы выталкивающая сила в точности была равна силе тяжести. Поэтому для сохранения заданной глубины нужно все время изменять количество балласта либо все время двигаться, маневрируя рулями глубины.
 


Рис. 178

Если сила тяжести тела, погруженного в жидкость, меньше силы Архимеда, то оно всплывает. Поднявшись на поверхность, оно плавает так, что часть его выступает из жидкости. В этом случае плотность тела меньше плотности жидкости. В самом деле, на тело, плавающее таким образом, действуют сила тяжести mg = pTgV и выталкивающая сила FA= pTgV1, где V1 — объем погруженной в жидкость части тела:

и так как V1, то из (2) следует, что рTж. Из (2) также следует, что объем тела, погруженного в жидкость, зависит от отношения плотностей жидкости и тела. Так, для льдины, плавающей на воде, под водой находится примерно 92 % ее объема (плотность льда 920 , плотность воды 1000 ).

На основании закона плавания тел сконструирован прибор — ареометр, с помощью которого измеряют плотности жидкостей. Ареометр представляет собой стеклянный сосуд с грузиком и длинным отростком, на котором нанесена шкала (рис. 179, а). При плавании в жидкости ареометр погружается на большую или меньшую глубину в зависимости от плотности жидкости (рис. 179, б). Чем больше плотность жидкости, тем меньше он погружается. На шкале непосредственно отмечаются значения плотности жидкости. Ареометр применяется обычно для точных измерений в жидкостях с близкими плотностями.


Рис. 179

Сплошные тела плавают в жидкости так, чтобы равновесие было устойчивым. Для доказательства этого утверждения рассмотрим плавание бревна в воде. Если бревно однородное, то оно плавает, так как показано на рисунке 180. Очевидно, что сила тяжести приложена в центре масс бревна С, а выталкивающая сила в центре масс вытесненной жидкости D (центре давления). Причем линии действия этих сил совпадают. В отклоненном положении (рис. 181) центр масс вытесненной жидкости смещается относительно бревна, и возникает момент сил, который возвращает бревно в исходное состояние.


Рис. 180

Рис. 181

Тело, имеющее полости, куда жидкость не проникает при плавании, вытеснит такой же объем, что и сплошное тело. Поэтому и сила Архимеда для такого тела такая же, как и для сплошного. Но масса тела с полостями меньше массы сплошного тела. Поэтому при достаточно больших полостях такое тело может плавать, хотя плотность вещества тела больше плотности жидкости (например, корабли, лодки и т. п.). Объем вытесненной кораблем воды значительно больше объема стали, из которой сделан корпус судна, поэтому он может плавать, несмотря на то что плотность стали в 8 раз больше плотности воды.

Если пространство внутри судна заполнить водой, например, в случае течи, то вытесненный объем воды уменьшится и судно начнет тонуть.

Полет воздушного шара или дирижабля (рис. 182) в воздухе напоминает плавание подводной лодки под водой. Если масса всего летательного аппарата, в том числе и масса газа, заполняющего оболочку, меньше массы воздуха в объеме, вытесняемом аппаратом, то он поднимается вверх. Если эти массы равны- шар неподвижно висит в воздухе. Если масса аппарата с газом больше массы вытесняемого воздуха, то аппарат опускается.


Рис. 182

Главные выводы:

  • Тело, погруженное в жидкость, тонет, плавает внутри жидкости или всплывает, если плотность тела (средняя плотность) больше, равна или меньше плотности жидкости соответственно.

Гидравлика. Закон Архимеда – презентация онлайн

Презентация по дисциплине:
«Гидравлика»
Тема урока: «Закон архимеда.
Равновесие или погружение в
жидкость. Остойчивость плавающих
тел».

2. Цели урока:

Образовательная: рассмотреть
плавающие тела, погруженные в
жидкость.
Развивающая: применять знания закона
Архимеда в дальнейшей практике.
Воспитательная: формирование
интереса учащихся к изучаемому
материалу, увлечённости материалом,
повысить интерес к профессии.

3. УРОК «СИЛА АРХИМЕДА» девиз урока «Эврика!»

Кто решит известный спор,
Почему
плывет линкор,
Но потонет
гвоздик малый,
Хоть он из того
же металла ?
Шарик есть у нас стальной ,
Без
пустот ,совсем сплошной.
Если в
жидкость кто уронит ,
Шар утонет
? Не утонет ?

4. АРХИМЕД (287-212 до н.э.)

Архимед установил правило
рычага, открыл закон
гидростатики.
Первый указал на существование
выталкивающей силы.
Рассчитал эту силу.
Выяснил условия плавания тел.

5. ПОЧЕМУ Р1 > Р2 ?

ПОЧЕМУ Р
1
Р2
2
На погруженное в
жидкость тело
со
всех сторон
действует
гидравлическое
давленИЕ.
P1>
Р1
> Р ?
P так как
2

6.

НАПРАВЛЕНИЕ FA Сила Архимеда- это сила, выталкивающая
тело из жидкости и газа, направленная
вертикально вверх.
F
A
FT

7. Способ определения FA

ЦИЛИНДР
МЕДНЫЙ
ЛАТУННЫ
Й
СТАЛЬНО
Й
ВЕС ТЕЛА В
ВОЗДУХЕ
Р 1 ,н
40
36
21
ВЕС ТЕЛА В
ЖИДКОСТИ
Р2 , Н
35
31
16
СИЛА
АРХИМЕДА
FA=P1-P2 ,H

8. ФОРМУЛА ДЛЯ РАСЧЕТА СИЛЫ АРХИМЕДА

ФОРМУЛА
СИЛЫ
ДЛЯ РАСЧЕТА
АРХИМЕДА
FА=p g v
ж
т
pж-плотность
g-
жидкости
ускорение
свободного падения
vтобъем части тела ,находящейся
в
жидкости

9. ОБРАЗЕЦ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

ПРИМЕР: Определить
ПРИМЕР: Определить
выталкивающую силу,
действующую на камень
объемом 1,6 м3 в морской воде.
ДАНО:
РЕШЕНИЕ:

10. ВОПРОСЫ-КАРТИНКИ

НА ТЕМУ « ЗАКОН АРХИМЕДА»

11. ВОПРОС №1

Почему эти тела в
воде плавают по –
разному? О чем
говорит этот
факт?

12.

ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ Во втором сосуде находится
жидкость с большей плотностью,
при условии -объемы тел равны.

13. ВОПРОС № 2

КАРТОФЕЛЬ НЕ
ВСПЛЫВАЕТ.
ПОЧЕМУ ?

14. ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ

На него действует сила тяжести ,
большая, чем выталкивающая
сила.
Плотность картофеля больше
плотности воды.

15. ВОПРОС №3

ОБЪЕМЫ И МАССЫ ТЕЛ РАВНЫ, НО
ПРУЖИНЫ РАСТЯНУТЫ РАЗЛИЧНО.
КАК ВЫ ЭТО ОБЪЯСНИТЕ ?

16. ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ

НА ТЕЛА ДЕЙСТВУЮТ РАЗНЫЕ
ВЫТАЛКИВАЮЩИЕ СИЛЫ.
ОБЪЕМЫ ТЕЛ РАВНЫ.
СЛЕДОВАТЕЛЬНО, ПЛОТНОСТИ
ЖИДКОСТЕЙ РАЗНЫЕ.
ВО ВТОРОМ СОСУДЕ ЖИДКОСТЬ
С БОЛЬШЕЙ ПЛОТНОСТЬЮ.

17. Вопрос № 4

Равны ли
Архимедовы силы,
действующие на
эти мячи ?

18. ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ

Сила Архимеда зависит
объема тела.
Чем больше объем тела
больше сила Архимеда.
На больший по объему
действует большая
Архимедова сила.
от
, тем
мяч

19.

ВОПРОС № 5 Ученик два раза
доливал воду в
сосуд . Как
менялась сила,
выталкивающая
тело из воды?

20. ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ

АРХИМЕДОВА СИЛА НЕ
ИЗМЕНИТСЯ, ТАК КАК ОНА НЕ
ЗАВИСИТ ОТ ОБЪЕМА
ЖИДКОСТИ.
F А = pж g V т
Vт- объем тела

21. ПРОВЕРЬ ТАБЛИЦУ

FA ЗАВИСИТ ОТ
FA НЕ ЗАВИСИТ ОТ
ПЛОТНОСТИ
ЖИД-КОСТИ
ГЛУБИНЫ ПОГРУЖЕНИЯ
ОБЪЕМА ТЕЛА
ФОРМЫ ТЕЛА
ПЛОТНОСТИ
ТЕЛА

22. УСЛОВИЯ ПЛАВАНИЯ ТЕЛ

Тело тонет, если FA
Тело всплывает, если FA>FT
Тело плавает, если FA=FT

23. ИЗУЧИ ТАБЛИЦУ И СДЕЛАЙ ВЫВОД

ПЛОТНОСТЬ
ВОДЫ
P, КГ/М3
ПЛОТНОСТЬ
ВЕЩЕСТВА
P, КГ/М3
КАК ВЕДЕТ
СЕБЯ ТЕЛО
1000
7800( СТАЛЬ)
ТОНЕТ
1000
ПЛАВАЕТ
1000
1000 (ПОЛИЭТИЛЕН)
13600(РТУТЬ)
1000
900 (ЛЁД)
ВСПЛЫВАЕТ
1000
800 (НЕФТЬ)
ВСПЛЫВАЕТ
ТОНЕТ

24. ВЫВОД:

• ПОВЕДЕНИЕ ТЕЛА ЗАВИСИТ ОТ
ЕГО
ПЛОТНОСТИ.
ТЕЛО ТОНЕТ
• ρT>ρЖ
• ρT
• ρТ=ρЖ
ТЕЛО ВСПЛЫВАЕТ
ТЕЛО ПЛАВАЕТ

25. ИНФОРМАЦИЯ

Средняя плотность человека
несколько больше плотности воды.
Поэтому в пресной воде не
умеющий плавать человек тонет.
У соленой воды
плотность выше. Плотность воды в
заливе Кара-Богаз-Гол в Каспийском
море на 20% больше ,чем у
пресной воды. В этом заливе
невозможно утонуть. Можно лечь
на воду и читать книгу.

26. ИНФОРМАЦИЯ

Средняя плотность живых организмов,
населяющих водную среду , мало
отли- чается от плотности воды.
Поэтому их вес уравновешивается
Архи-медовой силой.
Благодаря этому водные животные не
нуждаются в столь прочных и
массив- ных скелетах, как
наземные.
По этой же причине эластичны стебли
водных растений.

27. Плавательный пузырь рыбы легко меняет свой объем. Киты регулируют глубину погружения за счет изменения объема легких.

28.

ТЕСТЫ 1.Вес стальной детали в воздухе 3 H ,а в воде
2,7 H .
Чему равна Архимедова сила?
а)5,7H
б)3H
в) 0,3 Н
г)2,7H
2.Железный и деревянный шары равных
объемов бросили в воду. Равны ли
выталкивающие силы, действующие на эти
шары.
а)на железный шар действует большая сила
б)на деревянный шар –большая силав
в) на оба шара действуют одинаковые силы
Железное и деревянное тела равных масс
бросили в воду. Равны ли выталкивающие
силы ,действующие на каждое тело?
а)на железное тело действует большая сила
б)на деревянное тело действует большая сила
в)на оба тела действуют одинаковые силы

30. Архимедова сила определяется формулой

а) FА=p g h
б) FА=p g v
в) FА=mg
ж
т
г) FА=p g v
т
ж

31. Как изменится осадка корабля при переходе из реки в море?

а) увеличится
б) не изменится
в) уменьшится

32. Ответы к тесту






33.

ПРИМЕРЫ ДЕЙСТВИЯ СИЛЫ АРХИМЕДА ВОЗДУХОПЛАВАНИЕ
АЭРОСТАТ
ДИРИЖАБЛЬ
ВОЗДУШНЫЕ ШАРЫ
ПЛАВАНИЕ
СУДОВ
КОРАБЛИ
ПАРОМЫ
ПОДВОДНЫЕ ЛОДКИ
БАТИСКАФЫ

34. Домашнее задание

Стр. 54-56 Ухин Б.В., Гусев А.А.
«Гидравлика»

Будет личный водолаз… Урок в 7-м классе на тему «Закон Архимеда и плавание тел»

Не секрет, что многие современные школьники, приступая к изучению физики, имеют колоссально низкий уровень познавательной активности. В результате происходит резкое снижение качества знаний по сравнению с начальной школой. Международное тестирование подтверждает этот факт. Российские ученики начальной школы находятся на первом месте в международном рейтинге, а ученики 7-9-х классов – в районе трехсотого (!). Вопрос о повышении интереса к обучению и познавательной активности учащихся стоит очень остро. Один из вариантов решения проблемы – использование занимательного физического эксперимента на уроке.

Цели

1) Изучение действия архимедовой силы на тело, погруженное в жидкость или газ, и его практического применения.

2) Формирование конструкторских навыков, а также навыков организации, проведения и анализа результатов физического эксперимента.

3) Развитие внимания и наблюдательности. Повышение интереса к изучаемой теме и к предмету в целом.

Задачи

1) Повторить изученный ранее материал по данной теме: понятие архимедовой силы, закон Архимеда, способы определения значения архимедовой силы.

2) Экспериментально подтвердить условия плавания тел.

3) Рассмотреть практическое применение выталкивающей силы в воздухоплавании и плавании подводных лодок.

4) Заинтересовать учеников материалом и самостоятельной экспериментальной деятельностью как важнейшим способом приобретения знаний.

Методы обучения, применяемые на уроке: эвристическая беседа, объяснительно-иллюстративный метод, занимательный физический эксперимент.

Ход урока

1 этап (1 мин)

Учитель: Тема нашего урока – «Сила Архимеда и плавание тел». За время урока мы проведем опыты, повторим, как возникает выталкивающая сила, каково ее значение, и познакомимся с практическим применением действия выталкивающей силы для плавания тел и определения плотности некоторых твердых тел.

2 этап (3 мин)

Учитель: Внимательно посмотрите на экран и ответьте на вопросы.

1) На какие тела действует архимедова сила?

2) В каком направлении действует архимедова сила?

3) Каково обозначение архимедовой силы?

4) Объясните происхождение названия этой силы.

На экране последовательно появляется картинка:

3 этап (15 мин)

Учитель: Сейчас мы изготовим игрушку, которая называется «Картезианский водолаз», придумал ее французский ученый Рене Декарт. Хоть это и игрушка, но она поможет нам экспериментально выяснить условия плавания тел в жидкости, если вы будете достаточно наблюдательны. Для изготовления этой игрушки нам понадобятся: пипетка, кусочек пластилина, пластиковая бутылка с водой и картонный водолаз, обклеенный скотчем.

Ученики изготавливают игрушку, следуя указаниям учителя, и изучают ее действие. Через 12 минут игрушка готова, еще 3 минуты ребята проделывают опыты с погружением и всплытием водолаза и ведут соответствующие наблюдения.

4 этап (5 мин)

Учитель: К каким же выводам вы пришли в результате проведенных опытов?

Ученики вместе с учителем подводят итог проведенного эксперимента:

1) Сила Архимеда действует вверх, противоположно силе тяжести.

2) Если FА = Fт, то тело плавает в жидкости или газе.

3) Если FА < Fт, то тело тонет (движется вниз).

4) Если FА > Fт, то тело всплывает (движется вверх).

Учитель: А кто может объяснить принцип действия этой игрушки?

Ученики объясняют, как действует игрушка и почему.

5 этап (5 мин)

Учитель: Эти выводы можно использовать для практических целей. Как вы думаете, каким образом?

Дети приводят примеры: управление подводной лодкой, воздушным шаром.

Учитель: Предлагаю посмотреть, как за счет изменения веса тела можно изменять направление его движения.

На экране демонстрируются два видеосюжета – о воздушном шаре и подводной лодке, сюжеты взяты с диска «Физикон».

Учитель: Какие примеры движения живых организмов за счет силы Архимеда можно обнаружить в природе?

Дети: Рыбы, плавательный пузырь.

6 этап (4 мин)

Учитель: Какие способы определения значения архимедовой силы вам известны? (Запись на доске.)

Вам известна легенда о том, как Архимед открыл закон?

7 этап (5 мин)

Учитель: Осталось закрепить наши знания с помощью задачи: определите, какова выталкивающая сила, действующая на тело объемом 100 дм3, полностью погруженное в нефть.

8 этап (2 мин)

Учитель: Итак, сегодня на уроке мы с вами еще раз повторили основные сведения о выталкивающей силе, повторили способы определения ее значения и познакомились с практическим применением этих знаний человеком.

Выставляются оценки наиболее активным ученикам.

Вадим МУРАНОВ, учитель физики средней школы №19, Ногинск, Московская область

презентация к уроку физики

«Свои способности человек может узнать,

 только попытавшись применить
их на деле»

                                        Сенека

Задача урока: созданиеусловий для формирования УУД.

 

Цели урока:

Предметные:

-способствовать овладению знаниями по теме: «Архимедова сила. Плавание тел», вызвать объективную необходимость будущей деятельности;

-способствовать формированию умений наблюдать и объяснять физические явления, обобщать и сравнивать результаты эксперимента.

 

Метапредметные:

-способствовать развитию умений анализировать учебный материал;

-способствовать развитию интереса учащихся к физике, используя экспериментальные задачи;

-способствовать формированию элементов творческого поиска на основе приема обобщения;

-способствовать развитию навыков использования информационных технологий и различных источников информации для решения познавательных задач.

 

 

Личностные:

-содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира;

-способствовать воспитанию умений и навыков коллективной работы;

-самостоятельности, трудолюбия, настойчивости в достижении цели.

 

Тип урока: Комплексный.

 

Педагогическая технология: комплексно-ориентированная (личностно-ориентированное обучение), технология сотрудничества.

 

Методы обучения:

·         Эксперимент

·         Решение задач

·         Беседа

 

ХОД УРОКА

  1. Организационный момент
  • Приветствие учащихся
  • Сообщение темы и целей урока

 

 

Учитель:

Здравствуйте, ребята! Я очень рада вас видеть и работать с вами. Приглашаю к сотрудничеству и гостей. Вы знаете,  что мы сегодня будем делать? Мы с вами будем вместе размышлять и думать, не боясь ошибиться. Ведь весь путь человеческого познания – это серия ошибок, причем все меньших и меньших.

Как полагаете, что можем использовать на уроке? (учебник, рабочая тетрадь, калькулятор). Ну и конечно ваши знания и смекалку.

 

Учитель:

Нам сегодня предстоит самостоятельно открыть закон, названный по фамилии его первооткрывателя, древнегреческого математика и физика Архимеда, жившего в 287 г. До н.э.

 

Возможные варианты вопросов фиксируются на доске:

Как он открыл закон?

Зачем он нам нужен? /его значение/

Где проявляется?

Как его проверить?

От каких величин зависит?

 

Учитель:

Скажите мне, пожалуйста, каким образом открывали законы в то время?

 

Ученик:

Источником физических знаний являлись наблюдение и опыт, т.е. эксперимент.

 

Учитель:

Следовательно, нам предстоит сегодня провести исследовательскую работу, а вы будете физиками-экспериментаторами.

 

/сообщение темы урока/

 

Тема урока: «Решение экспериментальных задач по теме:

«Архимедова сила. Плавание тел».         (слайд 1,2,3)

 

2.     Обобщение материала по теме «Закон Архимеда».

 

Учитель:

Давайте мы с вами еще раз вспомним о выдающемся ученом древней Греции, который прославился  многочисленными научными трудами и открытиями. С каким из его открытий мы сталкиваемся почти каждую неделю?

 

Ученик:

Законом  Архимеда. Когда мы опускаемся в ванну, мы чувствуем действие выталкивающей силы.

 

Учитель:

О выталкивающей силе знали все, а чему она равна, понял один.

Моря и пустыни,

Земля и Луна.

Свет Солнца 

и снега лавины…

Природа сложна,

но, Природа одна,

Законы природы – едины.

Вот плот и корабль,

Поплавок рыбака –

Плывут как по небу

Плывут облака.

Но камень в воде

Не плывет, как бревно,

И камнем бревно

Не уходит на дно.

В чем сущность явлений?

Не этот ответ

Искал сиракузский мудрец Архимед.                                                                                                                /Е. Ефимовский «След колесницы», Л. Детская литература, 1988 г./

 

Легенда об Архимеде /рассказ ученика/                          /слайд 4/

 

Учитель:

В чем заключается смысл открытия Архимеда?

 

Учащиеся формулируют закон Архимеда:

 

На тело, погружённое  в  жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная снизу вверх, и равная весу жидкости в объёме, вытесненном телом.  

Учитель:

Есть сила одна, – вот вам ответ, –

Эту силу обнаружил Архимед.

Когда он опустился в воду,

То «Эврика!»  – воскликнул он народу.

От чего зависит сила эта?

Нельзя оставить без ответа:

Если тело в воду бросить

Или просто опустить,

Будет сила Архимеда

Снизу на него давить.

Если вес воды в объеме

Погруженной части знать.

Можно силу Архимеда

Очень просто рассчитать.

Вы на уроке все поймете,

Когда задачки разберете.

 

Учитель:

Как вы думаете, зависит ли значение силы Архимеда от  каких-либо величин?

 

Выдвижение учащимися гипотез. Фиксирование гипотез.

Учитель:

Можете ли это проверить? Как сделать?

Ученик:

Проверить с помощью эксперимента.

Учитель:

А в каких случаях экспериментатору легче наблюдать и осмысливать ход и результат эксперимента?

Ученик:

Когда есть с кем-нибудь посоветоваться!

Учитель:

Для продуктивной организации работы и, исходя из вашего мнения, мы будем работать сегодня… (в парах, в группах).

Предлагаю выбрать работу в группах.

Прекрасно! А теперь давайте приступим к работе.

 

  1. Практическая работа «Исследование Архимедовой силы»  /слайд 5/

 

Задание первой группе: определение архимедовой силы, действующей на тело неправильной формы.

 

Оборудование: тело из пластилина на нити, динамометр, сосуд с водой.

Ход работы:

  1. Кусочку пластилина придайте форму шара, куба, цилиндра.
  2. Поочередно опуская каждую фигурку в воду, с помощью динамометра определите архимедову силу, действующую на нее. Заполните таблицу.

№ опыта

Форма тела

Вес тела в воздухе

Р, Н

Вес тела в воде,

Р1, Н

Выталкивающая сила

F=Р-Р1, Н

1

Шар

 

 

 

2

Цилиндр

 

 

 

3

Кубик

 

 

 

3.Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от формы тела.

 

Выталкивающая сила зависит (не зависит) от формы тела.

Задание второй группе: определение архимедовой силы, действующей на тела разной массы, но одинакового объема.

Оборудование: алюминиевый, стальной, латунный цилиндры, динамометр, сосуд с водой.

Ход работы:

  1. Определите архимедовы силы, действующие на первое, второе и третье тела.
  2. Сравните плотность тел и архимедовы силы, действующие на тела. Заполните таблицу.

 

 

 

№ опыта

Плотность тела

Вес тела в воздухе

Р, Н

Вес тела в воде,

Р1, Н

Выталкивающая сила

F=Р-Р1, Н

1

ρ алюминиевый = 2700 кг/м3

 

 

 

2

ρ стальной = 7800 кг/м3

 

 

 

3

ρ латунный = 8500 кг/м3

 

 

 

Сделайте вывод о зависимости (независимости) силы от плотности тела.

 

Задание третьей группе: определение архимедовой силы, действующей на тело в воде и масле.

 

Оборудование: цилиндр на нити, динамометр, сосуд с водой и маслом, фильтровальная бумага.

 

Ход работы:

  1. Определите архимедовы силы, действующие на тело в воде и масле.
  2. Чем отличаются эти жидкости?
  3. Что можно сказать об архимедовых силах, действующих на тело в различных жидкостях?
  4. Заполните таблицу. Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от плотности жидкости.

 

 опыта

Жидкость

Вес тела в воздухе

Р, Н

Вес тела в воде,

Р1, Н

Выталкивающая сила

F=Р-Р1, Н

1

Вода    (ρ = 2700 кг/м3)

 

 

 

2

Масло (ρ= 2700 кг/м3)

 

 

 

 

Задание четвертой группе: определение архимедовой силы, действующей на тела разного объема.

Оборудование: гирьки разного объема на нити, динамометр, сосуд с водой.

Ход работы:

  1. Определите архимедову силу, действующую на каждое тело.
  2. Сравните эти силы.
  3. Заполните таблицу.

 опыта

Объем тела

Вес тела в воздухе

Р, Н

Вес тела в воде,

Р1, Н

Выталкивающая сила

F=Р-Р1, Н

1

Наименьший

 

 

 

2

Средний

 

 

 

3

Наибольший

 

 

 

  1. Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от объема тела.

 

Задание пятой группе: определение архимедовой силы, действующей на тела на разной глубине.

Оборудование: тело на нити, динамометр, сосуд с водой, мензурка, линейка.

Ход работы:

 

  1. Налейте в мензурку воды до уровня 7 см.
  2. Опустите в нее цилиндр и определите выталкивающую силу.
  3. Затем, подливая в мензурку воду, следите за изменениями показаний динамометра.
  4. Заполните таблицу. Сравните выталкивающие силы.

 

№ опыта

Высота столба жидкости, см

Вес тела в воздухе

Р, Н

Вес тела в воде,

Р1, Н

Выталкивающая сила

F=Р-Р1, Н

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

  1. Сделайте вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы от глубины погружения.

 

В это время у доски работает ученик /выполняет практическое задание/, используя оборудование (сосуд с водой, динамометр, тело)

 

Задание: Определить значение архимедовой силы, сопроводив записями на доске.

 

После совместного обсуждения представители каждой группы делают вывод о результатах практической работы.

 

Составление схемы (учащиеся в тетрадях)

 

Архимедова сила               /слайд 6, 7/

 

зависит

не зависит

От плотности жидкости (прямо пропорционально)

10 приложений принципа Архимеда в повседневной жизни – StudiousGuy

Принцип Архимеда назван в честь его первооткрывателя, греческого математика и физика Архимеда. Он основан на принципе плавучести, который гласит, что если тело частично или полностью погружено в жидкости (газы или жидкости), то жидкость оказывает на тело восходящую силу, называемую выталкивающей силой, величина которой равна весу жидкости, вытесняемой телом.Подъемная сила действует в центре тяжести вытесняемой жидкости, эта точка известна как центр плавучести.

Выталкивающая сила, действующая на тело жидкостью, математически выражается как

.

{F} _ {b} = ρgV

Где {F} _ {b} – подъемная сила, действующая на тело, ρ – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения, V – объем вытесняемой жидкости.

Вышеприведенное выражение показывает, что подъемная сила прямо пропорциональна плотности жидкости, ускорению свободного падения и объему жидкости, вытесняемой телом.Если два объекта равной массы погружены в жидкость, то объект, имеющий больший объем, будет испытывать большую выталкивающую силу.

Указатель статей (Нажмите, чтобы перейти)

Как был открыт принцип Архимеда?

История открытия принципа Архимеда довольно интересна. В конце первого века король Сиракуз Иерон II призвал Архимеда, чтобы проверить чистоту своей новой короны, не причинив ей никакого ущерба.Он хотел знать, была ли его новая корона из чистого золота или нет? Архимед долго думал, как проверить чистоту королевской короны, но так и не нашел. Позже, однажды, когда он пошел в ванну и вошел в ванну, он заметил, что вес воды, вытесняемой его телом, равен весу его собственного тела. Используя этот принцип, он нашел метод проверки чистоты короны. Он знал, что золото тяжелее других металлов, которые ювелир мог использовать в качестве заменителей в короне.Погрузив корону и кусок чистого золота той же массы, что и корона, в воду, он обнаружил, что плотность короны была меньше плотности чистого золота, поскольку корона вытесняла больше воды, чем чистое золото. , следовательно, корона была не из чистого золота. В восторге от того, что нашел этот метод, он голым побежал к королю с криком «Эврика!», Что означает «Я нашел его». Таким образом, момент «Эврики» привел к открытию принципа Архимеда. Этот рассказ написал римский архитектор Витрувий.’

Применение принципа Архимеда

1. Корабли

Вы когда-нибудь задумывались, почему железный гвоздь тонет в воде, а большие корабли – нет? Что ж, причина этого – принцип Архимеда. Железный гвоздь тонет в воде, потому что вес воды, вытесняемой гвоздем, меньше его собственного веса, то есть плотность железного гвоздя больше, чем плотность воды. При строительстве кораблей соблюдается принцип Архимеда: большая часть кораблей остается полой изнутри, что сохраняет их плотность меньше плотности воды, следовательно, вес корабля становится меньше веса вытесняемой им воды, и плавучая сила величиной, равной вытесненной воде, действует на корабль, и корабль плавает на поверхности воды.

2. Пляжные мячи

Пляжные мячи наполнены только воздухом, поэтому они имеют очень небольшой вес, поэтому они не вытесняют много воды. Поскольку они вытесняют меньше воды, действующая на них выталкивающая сила также очень меньше, но когда мы пытаемся толкнуть мяч в воду, действующая на него выталкивающая сила увеличивается, что не позволяет пляжному мячу опускаться в воду, и он плавает на поверхности воды.

3. Подводные лодки

Подводные лодки тоже работают по принципу Архимеда.Подводные лодки могут быть погружены в воду, а также могут плавать на поверхности воды, поддерживая плотность вытесненной воды и подводной лодки. Эти плотности поддерживаются двумя важными компонентами, присутствующими в подводной лодке, – цистерной для сжатого воздуха и балластной цистерной. Если мы наполняем балластную цистерну водой, это приводит к большей плотности подводной лодки, чем плотность вытесненной воды, поэтому подводная лодка ныряет в воду, тогда как если эта вода вытесняется из балластной цистерны с помощью сжатой воды. резервуара, то средняя плотность субмарины становится меньше плотности вытесненной воды, и субмарина плавает на поверхности воды.

4. Плавающий

Каждый объект вытесняет воду весом, равным его собственному весу. Если вес тела больше, чем сила подъема, действующая на него, то объект тонет, тогда как если вес тела равен силе подъема, действующей на него, то тело плавает в жидкости. Лед и айсберги плавают на поверхности воды из-за действующей на них уравновешенной восходящей выталкивающей силы. Итак, принцип плавания заключается в том, что сила тяги, действующая на тело, должна быть равна весу жидкости, вытесняемой телом.

5. Ареометр

Ареометр – это прибор, который используется для измерения удельного веса или плотности жидкостей. Он работает по принципу Архимеда. Он представляет собой полую стеклянную трубку с более широким дном в форме луковицы, запаянную с обоих концов. Более широкое дно работает как балластная цистерна и обычно заполняется свинцом, а жидкость, плотность которой измеряется, наливается в узкую трубку с градуировкой для измерения. Ареометр помещается в пробу жидкости, и когда она стабилизируется, показания записываются.Уровень погруженного в жидкость ареометра и вытесненной им воды измеряются для расчета удельного веса жидкости. Если ареометр погружается глубоко в жидкость пробы, это означает, что плотность жидкости меньше, т.е. удельный вес жидкости пробы меньше.

6. Плавание

Принцип Архимеда также применяется, когда вы плаваете. Пока мы плывем, на нас действует восходящая сила, также называемая подъемной силой. Пловец может плавать на поверхности воды, поскольку давление над ним больше, чем давление снизу, поскольку плотность воды больше, чем плотность воздуха.{3}. Поскольку соленая вода имеет более высокую плотность, чем пресная, подъемная сила, действующая на тело в соленой воде, также будет выше по сравнению с пресной водой, поэтому пловцам легче плавать в соленой воде.

7. Воздушный шар

Принцип Архимеда применяется также при работе воздушных шаров. Воздушный шар поднимается в воздух, когда вес воздуха, окружающего воздушный шар, превышает его собственный вес, тогда как, если вес воздушного шара больше, он начинает опускаться.Когда вес окружающего воздуха и воздушного шара равен, он становится неподвижным. Плотность между воздухом и воздушным шаром регулируется изменением количества горячего воздуха в воздушном шаре.

8. Лактометр

Лактометр – это прибор, который используется для проверки чистоты молока. Как и ареометр, он также работает по принципу Архимеда. Лактометры измеряют удельный вес или плотность молока, что помогает определить содержание молока и определить его чистоту.Некоторое время молоко оставляют в покое, пока на нем не осядут сливки, а затем в этот образец молока помещают лактометр. Если лактометр плавает, это означает, что молоко чистое, но если лактометр тонет, это означает, что молоко фальсифицировано или нечисто.

9. Геология

Принцип Архимеда находит применение и в геологии. Используя этот принцип, можно измерить плотность твердых частиц. Чтобы измерить плотность вещества, его подвешивают на пружинных весах, и когда он погружается в жидкость, плотность которой нам известна, очевидная потеря массы вещества пробы записывается и с помощью прибора Архимеда В принципе, затем рассчитывается плотность вещества.

10. Рыба

Принцип Архимеда также помогает рыбам плавать в воде. У большинства рыб есть плавательный пузырь, который помогает им контролировать действующую на них выталкивающую силу. Рыбы наполняют свой плавательный пузырь воздухом, чтобы подняться на поверхность воды по мере того, как он увеличивает их объем, и они заменяют больше воды, следовательно, плавучая сила, действующая на них, также увеличивается. Чтобы нырнуть в воду, рыбы выпускают воздух из плавательного пузыря, следовательно, их объем уменьшается, а действующая на них выталкивающая сила также уменьшается.

Закон Архимеда

Принцип Архимеда гласит, что:

«Если твердое тело плавает или погружается в жидкость – жидкость оказывает восходящую силу тяги – a выталкивающая сила – на теле равна гравитационной силе, действующей на жидкость, вытесняемую телом “.

Выталкивающая сила может быть выражена как

F B = W

= V γ

= V ρ g (1)

где

F B = подъемная сила, действующая на погруженное или плавающее тело (Н, фунт на )

W = вес (сила тяжести) вытесненной жидкости (Н, фунт на )

V = объем тела под поверхностью жидкости (м 3 , футы 3 )

γ = ρ г = удельный вес жидкости (вес на единицу объема) (Н / м 3 , фунт f / фут 3 )

ρ = плотность жидкости (кг / м 3 , снаряды / фут 3 )

g = ускорение свободного падения y (9.81 м / с 2 , 32,174 фут / с 2 )

Пример – Плотность тела, которое плавает в воде

Плавающее тело 95% погружено в воду с плотностью 1000 кг / м 3 .

Для плавающего тела выталкивающая сила равна весу воды, вытесняемой телом.

F B = W

или

V b ρ b г = V w ρ w g

где

V b = объем тела (м 3 )

ρ b = плотность тела ( кг / м 3 )

V w = объем воды (м 3 )

ρ w = плотность воды ( кг / м 3 )

Уравнение можно преобразовать к

90 002 ρ b = V w ρ w / V b

Поскольку 95% тела погружено в воду

0.95 V b = V w

и плотность тела может быть рассчитана как

ρ b = 0,95 V b (1000 кг / м 3 ) / V b

= 950 кг / м 3

Пример – Подъемная сила, действующая на кирпич, погруженный в воду

Стандартный кирпич реального размера 3 5/8 x 2 1 / 4 x 8 (дюймов) погружен в воду плотностью 1.940 снарядов / фут 3 . Объем кирпича можно рассчитать

V кирпич = (3 5/8 дюйма) (2 1/4 дюйма) (8 дюймов)

= 65,25 дюйма 3

Выталкивающая сила действующее на кирпич, равно весу воды, вытесненной кирпичом, и может быть рассчитано как

F B = (( 65,25 дюйма 3 ) / (1728 дюймов / фут 3 )) ( 1,940 пули / фут 3 ) ( 32.174 фут / с 2 )

= 2,36 фунта f

Вес или сила тяжести, действующая на кирпич (обычный красный кирпич имеет удельный вес 1,75), можно рассчитать как

Вт B = (2,36 фунта f ) 1,75

= 4,12 фунта f

Результирующая сила, действующая на кирпич, может быть рассчитана как

W (WB – FB) = (4 .12 фунтов f ) – (2,36 фунта f )

= 1,76 фунта f

11,7 Принцип Архимеда – Главы физики колледжа 1-17

Сводка

  • Определите выталкивающую силу.
  • Государственный принцип Архимеда.
  • Понять, почему предметы плавают или тонут.
  • Поймите взаимосвязь между плотностью и принципом Архимеда.

Когда вы встаете из теплой ванны, ваши руки кажутся странно тяжелыми.Это потому, что у вас больше нет плавучей поддержки со стороны воды. Откуда эта подъемная сила? Почему одни вещи плавают, а другие нет? Получают ли тонущие предметы какая-либо поддержка от жидкости? Поддерживает ли ваше тело атмосфера или действуют только гелиевые шары? (См. Рисунок 1.)

Рис. 1. (a) Даже тонущие предметы, такие как этот якорь, при погружении частично поддерживаются водой. (b) Подводные лодки имеют регулируемую плотность (балластные цистерны), чтобы они могли плавать или тонуть по желанию.(Фото: ВМС союзников) (c) Воздушные шары, наполненные гелием, тянут вверх свои струны, демонстрируя плавучесть воздуха. (кредит: Crystl)

Ответы на все эти и многие другие вопросы основаны на том факте, что давление в жидкости увеличивается с глубиной. Это означает, что направленная вверх сила на нижнюю часть объекта в жидкости больше, чем направленная вниз сила на верхнюю часть объекта. На любой объект в любой жидкости действует чистая направленная вверх или выталкивающая сила . (См. Рис. 2.) Если выталкивающая сила превышает вес объекта, объект поднимется на поверхность и будет плавать.Если подъемная сила меньше веса объекта, объект утонет. Если выталкивающая сила равна весу объекта, объект останется подвешенным на этой глубине. Выталкивающая сила всегда присутствует независимо от того, плавает ли объект, тонет или находится во взвешенном состоянии в жидкости.

ПОДКЛЮЧАТЕЛЬНАЯ СИЛА

Выталкивающая сила – это чистая направленная вверх сила на любой объект в любой жидкости.

Рис. 2. Давление из-за веса жидкости увеличивается с глубиной, начиная с P = hρg .Это давление и связанная с ним направленная вверх сила в нижней части цилиндра больше, чем направленная вниз сила в верхней части цилиндра. Их отличие – подъемная сила F B . (Горизонтальные силы отменяются.)

Насколько велика эта подъемная сила? Чтобы ответить на этот вопрос, подумайте о том, что происходит, когда погруженный объект удаляется из жидкости, как показано на рисунке 3.

Рис. 3. (a) Объект, погруженный в жидкость, испытывает выталкивающую силу F B .Если F B больше веса объекта, объект поднимется. Если F B меньше веса объекта, объект утонет. (b) Если объект удален, он заменяется жидкостью массой w fl . Поскольку этот вес поддерживается окружающей жидкостью, подъемная сила должна равняться весу вытесняемой жидкости. То есть F B = w fl , утверждение принципа Архимеда.

Пространство, которое он занимало, заполнено жидкостью, имеющей вес [латекс] \ boldsymbol {w _ {\ textbf {fl}}}. [/ Latex] Этот вес поддерживается окружающей жидкостью, поэтому выталкивающая сила должна равняться [латексу ] \ boldsymbol {w _ {\ textbf {fl}}}, [/ latex] вес жидкости, вытесняемой объектом. Это дань гению греческого математика и изобретателя Архимеда (ок. 287–212 до н. Э.) За то, что он сформулировал этот принцип задолго до того, как были утвердились концепции силы. Проще говоря, принцип Архимеда заключается в следующем: подъемная сила, действующая на объект, равна весу жидкости, которую он вытесняет.В форме уравнения принцип Архимеда –

.

[латекс] \ boldsymbol {F _ {\ textbf {B}} = w _ {\ textbf {fl}}}, [/ latex]

где [latex] \ boldsymbol {F _ {\ textbf {B}}} [/ latex] – это выталкивающая сила, а [latex] \ boldsymbol {w _ {\ textbf {fl}}} [/ latex] – вес жидкость, вытесняемая объектом. Принцип Архимеда справедлив в целом для любого объекта в любой жидкости, частично или полностью погруженной в воду.

ПРИНЦИП АРХИМЕДА

Согласно этому принципу выталкивающая сила, действующая на объект, равна весу жидкости, которую он вытесняет.В форме уравнения принцип Архимеда –

.

[латекс] \ boldsymbol {F _ {\ textbf {B}} = w _ {\ textbf {fl}}}, [/ latex]

где [latex] \ boldsymbol {F _ {\ textbf {B}}} [/ latex] – это выталкивающая сила, а [latex] \ boldsymbol {w _ {\ textbf {fl}}} [/ latex] – вес жидкость, вытесняемая объектом.

Humm… Высокотехнологичные купальники для тела были представлены в 2008 году в рамках подготовки к Олимпийским играм в Пекине. Одна проблема (и международное правило) заключалась в том, что эти костюмы не должны обеспечивать преимущества плавучести.Как вы думаете, можно ли проверить это правило?

УСТАНОВКА ПОДКЛЮЧЕНИЙ: ИССЛЕДОВАНИЕ НА ДОМУ

Плотность алюминиевой фольги в 2,7 раза больше плотности воды. Возьмите кусок фольги, скатайте его в шар и опустите в воду. Тонет? Почему или почему нет? Вы можете заставить его утонуть?

Бросьте кусок глины в воду. Он утонет. Затем вылепите из глины форму лодки, и она будет плавать. Благодаря своей форме лодка вытесняет больше воды, чем комок, и испытывает большую выталкивающую силу.3} [/ latex] воды?

Стратегия для (а)

Чтобы найти подъемную силу, мы должны найти вес вытесненной воды. Мы можем сделать это, используя плотности воды и стали, указанные в таблице 1. Отметим, что, поскольку сталь полностью погружена в воду, ее объем и объем воды одинаковы. Как только мы узнаем объем воды, мы сможем найти ее массу и вес.

Решение для (а)

Сначала мы используем определение плотности [латекс] \ boldsymbol {\ rho = \ frac {m} {V}} [/ latex], чтобы найти объем стали, а затем подставляем значения массы и плотности.7 \ textbf {N}}, [/ latex], который намного превышает выталкивающую силу, поэтому сталь останется под водой. Обратите внимание, что подъемная сила округляется до двух цифр, потому что плотность стали дается только до двух цифр.

Стратегия для (b)

Здесь указан максимальный объем воды, который может вытеснить стальная лодка. Подъемная сила – это вес этого объема воды.

Решение для (b)

Масса вытесненной воды находится из ее отношения к плотности и объему, оба из которых известны.8 \ textbf {N.}} \ end {array} [/ latex]

Обсуждение

Максимальная выталкивающая сила в десять раз превышает вес стали, что означает, что судно может нести груз, в девять раз превышающий его собственный вес.

УСТАНОВКА ПОДКЛЮЧЕНИЙ: ИССЛЕДОВАНИЕ НА ДОМУ

Кусок бытовой алюминиевой фольги толщиной 0,016 мм. Используйте кусок фольги размером 10 на 15 см. а) Какова масса этого количества фольги? (b) Если фольга сложена с четырех сторон, и к этой «лодке» добавлены скрепки или шайбы, то какая форма лодки позволит ей удерживать больше «груза» при погружении в воду? Проверьте свое предсказание.

Плотность играет решающую роль в принципе Архимеда. Средняя плотность объекта – это то, что в конечном итоге определяет, плавает ли он. Если его средняя плотность меньше, чем у окружающей жидкости, он будет плавать. Это связано с тем, что жидкость, имеющая более высокую плотность, содержит больше массы и, следовательно, больше веса в том же объеме. Таким образом, подъемная сила, равная весу вытесняемой жидкости, превышает вес объекта. Точно так же утонет объект, более плотный, чем жидкость.

Степень погружения плавающего объекта зависит от того, как плотность объекта связана с плотностью жидкости. На рисунке 4, например, разгруженное судно имеет меньшую плотность и меньше погружено в воду по сравнению с тем же самым загруженным судном. Мы можем получить количественное выражение для погруженной фракции, рассматривая плотность. Доля погружения – это отношение погруженного объема к объему объекта, или

.

[латекс] \ boldsymbol {\ textbf {дробное погружение} \: =} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {V _ {\ textbf {sub}}} {V _ {\ textbf {obj}}}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {=} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {V _ {\ textbf {fl}}} {V _ {\ textbf {obj}}}}.[/ латекс]

Погруженный объем равен объему вытесненной жидкости, который мы называем [латексом] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {fl}}}. [/ Latex] Теперь мы можем получить соотношение между плотностями, заменив [латекс] \ boldsymbol {\ rho = \ frac {m} {V}} [/ latex] в выражение. Это дает

[латекс] \ boldsymbol {\ frac {V _ {\ textbf {fl}}} {V _ {\ textbf {obj}}}} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {=} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {m _ {\ textbf {fl}} / \ rho _ {\ textbf {fl}}} {m _ {\ textbf {obj}} / \ bar {\ rho} _ {\ textbf {obj}}}} , [/ латекс]

где [латекс] \ boldsymbol {\ bar {\ rho} _ {\ textbf {obj}}} [/ latex] – средняя плотность объекта, а [латекс] \ boldsymbol {\ rho _ {\ textbf {fl}} } [/ latex] – это плотность жидкости.Поскольку объект плавает, его масса и масса вытесненной жидкости равны, поэтому они исключаются из уравнения, оставляя

[латекс] \ boldsymbol {\ textbf {дробное погружение} \: =} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ bar {\ rho} _ {\ textbf {obj}}} {\ rho _ {\ textbf {fl}}}}. [/ latex]

Рисунок 4. Незагруженное судно (a) плавает в воде выше, чем загруженное судно (b).

Мы используем это последнее соотношение для измерения плотности. Это делается путем измерения доли плавучего объекта, находящегося под водой, например, с помощью ареометра.Полезно определить отношение плотности объекта к жидкости (обычно воде) как , удельный вес :

.

[латекс] \ boldsymbol {\ textbf {удельный вес} \: =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ bar {\ rho}} {\ rho _ {\ textbf {w}}}}, [/ латекс]

где [latex] \ boldsymbol {\ bar {\ rho}} [/ latex] – это средняя плотность объекта или вещества, а [latex] \ boldsymbol {\ rho _ {\ textbf {w}}} [/ latex] – плотность воды при 4,00 ° C. Удельный вес безразмерен, независимо от того, какие единицы измерения используются для [латекса] \ boldsymbol {\ rho}.[/ latex] Если объект плавает, его удельный вес меньше единицы. Если он тонет, его удельный вес больше единицы. Более того, доля плавучего объекта, находящегося под водой, равна его удельному весу. Если удельный вес объекта равен 1, он будет оставаться во взвешенном состоянии в жидкости, а не тонуть и не плавать. Аквалангисты пытаются достичь этого состояния, чтобы они могли парить в воде. Мы измеряем удельный вес жидкостей, таких как аккумуляторная кислота, жидкость для радиаторов и моча, как показатель их состояния.Одно устройство для измерения удельного веса показано на рисунке 5.

УДЕЛЬНАЯ МАССА

Удельный вес – это отношение плотности объекта к плотности жидкости (обычно воды).

Рис. 5. Этот ареометр плавает в жидкости с удельным весом 0,87. Стеклянный ареометр заполнен воздухом и утяжелен свинцом внизу. Он плавает выше всего в самых плотных жидкостях и был откалиброван и промаркирован так, что удельный вес может быть считан непосредственно с него.

Пример 2: Расчет средней плотности: плавающая женщина

Предположим, что женщина весом 60,0 кг плавает в пресной воде с погруженным в воду [латексом] \ boldsymbol {97,0 \%} [/ латексом] ее объема, когда ее легкие полны воздуха. 3}}.[/ латекс]

Обсуждение

Ее плотность меньше плотности жидкости. Мы ожидаем этого, потому что она плавает. Плотность тела – это один из показателей процента жира в организме человека, представляющий интерес для медицинской диагностики и спортивных тренировок. (См. Рисунок 6.)

Рис. 6. Субъект в «резервуаре для жира», где его взвешивают, когда он полностью погружен в воду, как часть определения плотности тела. Субъект должен полностью опорожнить свои легкие и удерживать металлический груз, чтобы утонуть.Внесены поправки на остаточный воздух в легких (измеряется отдельно) и вес металла. Его скорректированный подводный вес, его вес в воздухе и щипковые тесты стратегических жировых областей используются для расчета его процента жира в организме.

Существует множество очевидных примеров объектов или веществ с меньшей плотностью, плавающих в жидкостях с более высокой плотностью – масло на воде, воздушный шар, пробка в вине, айсберг и горячий воск в «лавовой лампе», назвать несколько. Менее очевидные примеры включают подъем лавы в вулкане и горные цепи, плавающие на более плотной коре и мантии под ними.Даже кажущаяся твердой Земля обладает жидкими характеристиками.

Один из наиболее распространенных методов определения плотности показан на Рисунке 7.

Рис. 7. (a) Монета взвешивается в воздухе. (b) Кажущийся вес монеты определяется, когда она полностью погружена в жидкость известной плотности. Эти два измерения используются для расчета плотности монеты.

Предмет, в данном случае монета, взвешивается на воздухе, а затем снова взвешивается, будучи погруженным в жидкость. Плотность монеты, показатель ее подлинности, можно рассчитать, если известна плотность жидкости.Этот же метод можно использовать для определения плотности жидкости, если плотность монеты известна. Все эти расчеты основаны на принципе Архимеда.

Принцип Архимеда гласит, что выталкивающая сила, действующая на объект, равна весу вытесняемой жидкости. Это, в свою очередь, означает, что объект выглядит на меньше при погружении; мы называем это измерение видимым весом объекта . Объект испытывает видимую потерю веса , равную массе вытесненной жидкости.В качестве альтернативы, на весах, которые измеряют массу, объект испытывает кажущуюся потерю массы , равную массе вытесненной жидкости. То есть

[латекс] \ boldsymbol {\ textbf {очевидная потеря веса} = \ textbf {вес вытесненной жидкости}} [/ латекс]

или

[латекс] \ boldsymbol {\ textbf {кажущаяся потеря массы} = \ textbf {масса вытесненной жидкости.}} [/ Latex]

Следующий пример иллюстрирует использование этой техники.

Пример 3: Расчет плотности: подлинность монеты?

Масса древнегреческой монеты в воздухе определена равной 8.3} [/ latex] и что эффекты, вызванные проволокой, подвешивающей монету, незначительны.

Стратегия

Чтобы рассчитать плотность монеты, нам нужны ее масса (указанная) и ее объем. Объем монеты равен объему вытесненной воды. Объем вытесненной воды [латекс] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {w}}} [/ latex] можно найти, решив уравнение для плотности [латекс] \ boldsymbol {\ rho = \ frac {m} {V} } [/ latex] для [латекса] \ boldsymbol {V}. [/ latex]

Решение

Объем воды составляет [латекс] \ boldsymbol {V _ {\ textbf {w}} = \ frac {m _ {\ textbf {w}}} {\ rho _ {\ textbf {w}}}} [/ latex] где [латекс] \ boldsymbol {m _ {\ textbf {w}}} [/ latex] – масса вытесненной воды.3}. [/ Latex]

Обсуждение

Из таблицы 1 видно, что эта плотность очень близка к плотности чистого серебра, подходящей для этого типа древних монет. Большинство современных подделок – это не чистое серебро.

Это возвращает нас к принципу Архимеда и тому, как он возник. Как гласит история, король Сиракуз дал Архимеду задание определить, поставлял ли изготовитель королевской короны корону из чистого золота. Чистоту золота трудно определить по цвету (оно может быть разбавлено другими металлами и при этом выглядит желтым, как чистое золото), а другие аналитические методы еще не были придуманы.Однако даже древние народы понимали, что плотность золота выше, чем у любого другого известного в то время вещества. Архимед якобы мучился над своей задачей и однажды получил вдохновение, когда находился в общественных банях, размышляя о поддержке, которую вода оказала его телу. Он придумал свой теперь знаменитый принцип, увидел, как применить его для определения плотности, и побежал голый по улицам Сиракуз с криками «Эврика!» (Греческое означает «Я нашел это»). Подобное поведение время от времени можно наблюдать и у современных физиков!

ИССЛЕДОВАНИЯ PHET: ПЛАВУЧИЕ

Когда объекты всплывут, а когда утонут? Узнайте, как плавучесть работает с блоками.Стрелки показывают приложенные силы, и вы можете изменять свойства блоков и жидкости.

Рисунок 8. Плавучесть
  • Подъемная сила – это чистая направленная вверх сила на любой объект в любой жидкости. Если выталкивающая сила превышает вес объекта, объект поднимется на поверхность и будет плавать. Если подъемная сила меньше веса объекта, объект утонет. Если выталкивающая сила равна весу объекта, объект останется подвешенным на этой глубине. Выталкивающая сила всегда присутствует независимо от того, плавает ли объект, тонет или находится во взвешенном состоянии в жидкости.
  • Принцип Архимеда гласит, что подъемная сила, действующая на объект, равна весу жидкости, которую он вытесняет.
  • Удельный вес – это отношение плотности объекта к плотности жидкости (обычно воды).

Концептуальные вопросы

1: Чтобы вытащить пробку в полной ванне, требуется большее усилие, чем когда она пуста. Противоречит ли это принципу Архимеда? Поясните свой ответ.

2: Обладают ли жидкости выталкивающей силой в «невесомой» среде, например, в космическом шаттле? Поясните свой ответ.

3: Будет ли тот же корабль плавать в соленой воде выше, чем в пресной? Поясните свой ответ.

4: Шарики упали на дно в частично заполненную раковину ванны. Часть их веса поддерживается выталкивающей силой, но сила, направленная вниз на дно ванны, увеличивается ровно на вес шариков. 3}? [/ латекс]

2: Бревна иногда плавают в озере вертикально, потому что один конец заболочен и плотнее другого.3}? [/ Латекс]

5: В костях птиц есть воздушные карманы для уменьшения веса – это также дает им среднюю плотность, значительно меньшую, чем у костей других животных. Предположим, орнитолог взвешивает кость птицы в воздухе и в воде и обнаруживает, что ее масса составляет [латекс] \ boldsymbol {45.0 \ textbf {g}} [/ latex], а кажущаяся масса при погружении – [латекс] \ boldsymbol {3.60 \ textbf {g}} [/ latex] (кость водонепроницаема). а) Какая масса воды вытесняется? б) Каков объем кости? (c) Какова его средняя плотность?

6: Установлено, что порода массой 540 г в воздухе имеет кажущуюся массу 342 г при погружении в воду.а) Какая масса воды вытесняется? б) Каков объем камня? (c) Какова его средняя плотность? Соответствует ли это стоимости гранита?

7: Принцип Архимеда можно использовать для расчета плотности жидкости, а также твердого тела. Предположим, что кусок железа массой 390,0 г в воздухе имеет кажущуюся массу 350,5 г, когда полностью погружен в неизвестную жидкость. а) Какую массу жидкости вытесняет железо? (b) Каков объем железа, используя его плотность, указанную в Таблице 1. (c) Рассчитайте плотность жидкости и определите ее.

8: При измерении плотности женщины погружением обнаружено, что она имеет массу 62,0 кг в воздухе и кажущуюся массу 0,0850 кг при полном погружении с пустыми легкими. а) Какую массу воды она вытесняет? б) Каков ее объем? (c) Рассчитайте ее плотность. (d) Если объем ее легких составляет 1,75 л, может ли она плавать, не ступая по воде, когда ее легкие наполнены воздухом?

9: У некоторых рыб плотность немного меньше плотности воды, и они должны приложить силу (плыть), чтобы оставаться под водой.3}? [/ Латекс]

10: (a) Рассчитайте выталкивающую силу для гелиевого шара объемом 2,00 л. (b) Учитывая, что масса резины в воздушном шаре составляет 1,50 г, какова чистая вертикальная сила, действующая на воздушный шар, если он отпущен? Объемом резинки можно пренебречь.

11: (а) Какова плотность женщины, которая плавает в пресной воде с [латексом] \ boldsymbol {4.00 \%} [/ латексом] своего объема над поверхностью? Это можно измерить, поместив ее в резервуар с отметками сбоку, чтобы измерить, сколько воды она вытесняет при плавании и при нахождении под водой (кратковременно).3} [/ latex] (не считая воздуха в легких). (а) Рассчитайте его объем. (b) Найдите подъемную силу, которую оказывает на него воздух. в) Какое отношение подъемной силы к его весу?

13: Простой компас можно сделать, поместив небольшой стержневой магнит на пробку, плавающую в воде. а) Какая часть простой пробки будет погружена в воду при плавании в воде? (b) Если пробка имеет массу 10,0 г и на нее помещен магнит весом 20,0 г, какая часть пробки будет погружена в воду? (c) Будут ли стержневой магнит и пробка плавать в этиловом спирте?

14: Какая часть веса железного якоря будет поддерживаться выталкивающей силой при погружении в соленую воду?

15: Оскорбительные мошенники, как известно, представляют позолоченные вольфрамовые слитки как чистое золото и продают их жадным по ценам намного ниже стоимости золота, но заслуженно намного выше стоимости вольфрама.С какой точностью нужно измерить массу такого слитка в воде и вне ее, чтобы сказать, что это почти чистый вольфрам, а не чистое золото?

16: Двойной надувной матрас, используемый для кемпинга, в надутом виде имеет размеры 100 см на 200 см на 15 см. Вес матраса 2 кг. Насколько тяжелым может выдержать надувной матрас, если поместить его в пресную воду?

17: Ссылаясь на рисунок 3, докажите, что выталкивающая сила на цилиндр равна весу вытесняемой жидкости (принцип Архимеда).Вы можете предположить, что подъемная сила равна [латекс] \ boldsymbol {F_2-F_1} [/ latex] и что концы цилиндра имеют равные площади [латекс] \ boldsymbol {A}. [/ Latex] Обратите внимание, что объем цилиндр (и жидкость, которую он вытесняет) равен [латексу] \ boldsymbol {(h_2-h_1) A}. [/ latex]

18: (a) Мужчина весом 75,0 кг плавает в пресной воде с [латексом] \ boldsymbol {3,00 \%} [/ latex] своего объема над водой, когда его легкие пусты, и [латексом] \ boldsymbol {5,00 \%} [/ latex] его объема над водой, когда его легкие полны.Вычислите объем вдыхаемого им воздуха, называемый объемом его легких, в литрах. (б) Кажется ли этот объем легких разумным?

Глоссарий

Принцип Архимеда
выталкивающая сила, действующая на объект, равна весу вытесняемой им жидкости
подъемная сила
чистая направленная вверх сила на любой объект в любой жидкости
удельный вес
отношение плотности объекта к жидкости (обычно воде)

Решения

Задачи и упражнения

1:

[латекс] \ boldsymbol {91.3} [/ латекс]

(b) [латекс] \ boldsymbol {6.34 \%} [/ латекс]

Она действительно плавает в морской воде.

13:

(a) [латекс] \ boldsymbol {0,24} [/ латекс]

(b) [латекс] \ boldsymbol {0,68} [/ латекс]

(c) Да, пробка будет плавать, потому что [латекс] \ boldsymbol {\ rho _ {\ textbf {obj}} \:

15:

Разница [латекс] \ boldsymbol {0,006 \%}. [/ Latex]

17:

[латекс] \ begin {array} {lcl} \ boldsymbol {F _ {\ textbf {net}}} & \ boldsymbol {=} & \ boldsymbol {F_2-F_1 = P_2A-P_1A = (P_2-P_1) A} \ \ {} & \ boldsymbol {=} & \ boldsymbol {(h_2 \ rho _ {\ textbf {fl}} g-h_1 \ rho _ {\ textbf {fl}} g) A} \\ {} & \ boldsymbol {=} & \ boldsymbol {(h_2-h_1) \ rho _ {\ textbf {fl}} gA} \ end {array} [/ latex]

где [латекс] \ boldsymbol {\ rho _ {\ textbf {fl}}} [/ latex] = плотность жидкости.Следовательно,

[латекс] \ boldsymbol {F _ {\ textbf {net}} = (h_2-h_1) A \ rho _ {\ textbf {fl}} g = V _ {\ textbf {fl}} \ rho _ {\ textbf {fl}} g = m _ {\ textbf {fl}} g = w _ {\ textbf {fl}}} [/ latex]

где [латекс] \ boldsymbol {w _ {\ textbf {fl}}} [/ latex] вес вытесненной жидкости.

Где вы наблюдаете принцип Архимеда в нашем ежедневном классе 9 по физике. CBSE

Подсказка: принцип Архимеда гласит, что на любой объект, полностью или частично погруженный в жидкость (газ или жидкость) в состоянии покоя, действует восходящая или подъемная сила.Величина этой силы равна весу жидкости, вытесняемой телом.

Полный пошаговый ответ:
Согласно принципу Архимеда, на тело, покоящееся в жидкости, действует сила, толкающая вверх, называемая выталкивающей силой, которая равна весу жидкости, которую тело перемещает. Если тело полностью погружено, объем вытесненной жидкости равен объему тела. Если тело погружено только частично, объем вытесненной жидкости равен объему погруженной части тела.

Примеры из нашей повседневной жизни:

1. При входе в ванну, наполненную водой, вытесняется равное количество воды, равное весу человека.
2. Корабль плывет в море из-за подъемной силы, действующей со стороны воды. Чтобы на его основе можно было рассчитать безопасную глубину.

Дополнительная информация:
Принцип Архимеда полезен при вычислении объема объекта неправильной формы. Когда объект неправильной формы погружается в воду, объем вытесняемой жидкости равен объему объекта.Его также можно использовать при вычислении относительной плотности или удельного веса объекта.

Например, объект плотнее воды, объект можно взвесить в воздухе, а затем взвесить при погружении в воду. Когда объект погружен в воду, он весит меньше из-за выталкивающей силы, толкающей вверх.

Примечание: учащиеся должны помнить, что масса тела является постоянной величиной, а объем зависит от температуры (и даже от давления газа). Итак, плотность также зависит от температуры.{-3}} \].

Заметки по физике для старших классов: применение принципа Архимеда

Привет, ребята, это всего лишь несколько примеров применения принципа Архимеда. Эти примеры служат только в качестве руководства, и вам следует попытаться найти другие примеры. 🙂 Надеюсь это поможет.

1. Подводная лодка:

Подводная лодка имеет большой балластный бак, который используется для контроля ее положения и глубины с поверхности моря.



Подводная лодка погружается, впуская воду в балластную цистерну, так что ее вес превышает подъемную силу.

И наоборот, он плавает за счет уменьшения количества воды в балластной цистерне. Таким образом, его вес меньше выталкивающей силы.

2. Воздушный шар

Атмосфера заполнена воздухом, который оказывает выталкивающую силу на любой объект.



Воздушный шар поднимается и плавает под действием выталкивающей силы (когда окружающий воздух превышает его вес). Он спускается, когда вес шара превышает подъемную силу. Он становится неподвижным, когда вес равен выталкивающей силе.

Весом воздушного шара можно управлять, изменяя количество горячего воздуха в воздушном шаре.

3. Ареометр

Ареометр – это прибор для измерения относительной плотности жидкостей.



Состоит из трубки с колбой на одном конце. Свинцовые порции помещаются в колбу, чтобы утяжелить ее и позволить ареометру вертикально плавать в жидкости.



В жидкости меньшей плотности должен быть вытеснен больший объем жидкости, чтобы подъемная сила равнялась весу ареометра, чтобы он опускался ниже.

Ареометр плавает выше в жидкости с большей плотностью.

Плотность измеряется в г / см3.

4. Корабль



Корабль плавает на поверхности моря, потому что объем воды, вытесненной судном, достаточен, чтобы иметь вес, равный весу корабля.

Корабль сконструирован таким образом, чтобы его форма была полой, чтобы общая плотность корабля была меньше плотности морской воды. Следовательно, подъемная сила, действующая на корабль, достаточно велика, чтобы выдержать его вес.

Плотность морской воды зависит от местоположения. Маркировка PLIMSOLL LINE на корпусе судна служит ориентиром для обеспечения того, чтобы судно было загружено в пределах безопасности.

Судно погружается в пресную воду ниже, так как плотность пресной воды меньше, чем в морской. Корабли будут плавать выше в холодной воде, поскольку холодная вода имеет относительно более высокую плотность, чем теплая вода.


Определенная группа рыб использует принципы Архимеда, чтобы подниматься и опускаться по воде.

Чтобы подняться на поверхность, рыбы наполняют свой плавательный пузырь (воздушные мешочки) газами (не правда ли, умно?).

Газы диффундируют из его собственного тела в мочевой пузырь, делая его тело легче. Это позволяет рыбам подняться вверх. При спуске рыбы опорожняют свой мочевой пузырь, это увеличивает его плотность, и поэтому рыба тонет. 6. FLIP – Плавающая инструментальная платформа. Это исследовательское судно, которое исследует волны на глубокой воде. Он может поворачиваться горизонтально или вертикально. Когда вода закачивается в кормовые цистерны, корабль переворачивается вертикально. Принцип, который используется в FLIP, почти аналогичен подводным лодкам.Оба корабля закачивают воду в резервуар или из него, чтобы подниматься или опускаться.

принцип Архимеда в предложении

SentencesMobile
  • На днях я вступил в дискуссию с другом по поводу принципа Архимеда.
  • Что касается вытеснения, я думаю, вы запутались между принципом Архимеда и поверхностно-активными свойствами мыла.
  • Когда жидкость полностью опускается на дно или поднимается на поверхность и оседает, можно применять только принцип Архимеда.
  • Если учесть эти эффекты, можно сформулировать «релятивистский принцип Архимеда», из которого он показал, что подводная лодка должна тонуть в обеих системах отсчета.
  • Чистая сила, действующая на объект, должна быть равна нулю, если это должна быть ситуация статики жидкости, в которой применим принцип Архимеда, и, таким образом, представляет собой сумму выталкивающей силы и веса объекта
  • Один из самых ранних примеров научный подход к физическим и математическим проблемам, применимым к гражданскому строительству, – это работа Архимеда в 3 веке до нашей эры, включая принцип Архимеда, который лежит в основе нашего понимания плавучести, и практические решения, такие как экипаж Архимеда.
  • : Нам всем не хватает принципа Архимеда – гелий менее плотен, чем воздух, поэтому, когда он связан в воздушном шаре, он поднимается до тех пор, пока вес этого шара не превышает вес воздуха, который гелий выталкивает из воздушного шара. способ?
  • Принцип Архимеда, физический закон плавучести, гласящий, что любое тело, полностью или частично погруженное в жидкость (газ или жидкость) в состоянии покоя, подвергается действию восходящей или плавучей силы, величина которой равна весу тела. жидкость вытесняется телом.
  • Критика таких статей, как Принцип Архимеда, Дмитрий Менделеев, Коллоид, Эпитаксия, Полевой транзистор, Кинетический изотопный эффект, Прион, Щитовидная железа, была не просто синтаксическими исправлениями: они требовали понимания на семантическом уровне этих научно непротиворечивых и спорных статей. хорошо понятные темы, на которые в абсолютном и объективном смысле есть правильные и неправильные ответы, которые не являются интуитивно очевидными, но требуют умения владеть техническими концепциями и фактами.
  • Где m _ b – масса бутылки, а g – ускорение свободного падения в том месте, где производятся измерения. \ rho _ a – это плотность воздуха при атмосферном давлении, а \ rho _ b – это плотность материала, из которого сделана бутылка (обычно стекла), так что второй член – это масса воздуха, вытесняемого стеклом бутылки. бутылка, вес которой, согласно принципу Архимеда, должен быть вычтен.
  • В предложении сложно увидеть принцип Архимеда.
  • Где m b – масса бутылки, а g – ускорение свободного падения в том месте, где производятся измерения. «?» a – это плотность воздуха при атмосферном давлении, а «?» b – это плотность материала, из которого сделана бутылка (обычно стекла), так что второй член – это масса воздуха, вытесняемого стеклом. бутылка, вес которой по принципу Архимеда должен быть вычтен.

Изложите закон плавучести в физике – гидростатика – Learn Cram

Закон плавучести в физике:
Тело будет плавать в жидкости, если вес тела равен весу жидкости, вытесняемой погруженной частью тела.

Мы даем подробный и ясный список всех заметок по физике, которые очень полезны для понимания основных концепций физики.

Изложите закон плавучести в физике – гидростатика

Три закона плавучести:
1. Плотность материала тела меньше или равна плотности жидкости.
2. Если плотность материала тела равна плотности жидкости, тело плавает полностью погруженным в жидкость в нейтральном равновесии.
3.Когда тело плавает в нейтральном равновесии, вес тела равен весу вытесненной жидкости.

Если W – вес тела, а w – подъемная сила, то

  1. Если W> w, то тело опустится на дно жидкости.
  2. Если W
  3. Если W = w, то тело будет плавать в жидкости, если весь его объем просто погрузить в жидкость.

Плавающее тело будет находиться в устойчивом равновесии, если метацентр (центр плавучести) расположен вертикально над центром тяжести тела.

Плавающее тело будет находиться в неустойчивом равновесии, если метацентр (центр плавучести) расположен вертикально ниже центра тяжести тела. Плавающее тело будет находиться в нейтральном равновесии, если метацентр (центр плавучести) совпадает с центром тяжести тела.

Доля объема плавающего тела вне жидкости

\ (\ left (\ frac {V _ {\ text {out}}} {V} \ right) = \ left [1- \ frac {\ rho} {\ sigma} \ right] \)

где,
ρ = плотность тела
σ = плотность жидкости

Если два разных тела A и B плавают в одной и той же жидкости, то

\ (\ frac {\ rho_ {A}} {\ rho_ {B}} = \ frac {\ left (v _ {\ text {in}} \ right) _ {A}} {\ left (v _ {\ text {in}} \ right) _ {B}} \)

Если одно и то же тело плавать в разных жидкостях с плотностью σ A и σ B соответственно, то

\ (\ frac {\ sigma_ {A}} {\ sigma_ {B}} = \ frac {\ left (V _ {\ text {in}} \ right) _ {B}} {\ left (V _ {\ text {in}} \ right) _ {A}} \)

Гидростатика:
Гидростатика – это свойство жидкости или текучей среды в механике.Жидкость – это материал, который течет при комнатной температуре, потому что его верхняя молекула перекрывает внутреннюю молекулу, которая имеет тенденцию течь в прямом направлении.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *