Мы знаем, что на любое тело, находящееся в жидкости, действуют две силы: выталкивающая (архимедова) сила F А , направленная вертикально вверх, и сила тяжести F T , направленная вертикально вниз. Если эти силы равны, т. е.

F T = F А (48.1)

то тело будет находиться в равновесии.

Равенство (48.1) выражает условие плавания тел : для того чтобы тело плавало, необходимо, чтобы действующая на него сила тяжести уравновешивалась архимедовой (выталкивающей) силой .

Условию плавания тел можно придать иную форму. Представим архимедову силу в виде

F A = ρ ж V ж g .

Аналогичным образом можно выразить и силу тяжести, действующую на тело. Мы знаем, что F Т = mg , где m - масса тела; но масса тела равна произведению плотности тела на его объем: m = ρV . Поэтому

F Т = ρVg . (48.3)

Подставим выражения (48.2) и (48.3) в равенство (48.1):

ρVg = ρ ж V ж g .

Разделив обе части этого равенства на g , получим условие плавания тел в новой форме:

ρV = ρ ж V ж . (48.4)

Из полученного соотношения можно вывести два важных следствия.

1. Для того чтобы тело плавало, будучи полностью погруженным в жидкость, необходимо, чтобы плотность тела была равна плотности жидкости.

Доказательство . Если тело полностью погружено в жидкость, то объем вытесняемой телом жидкости будет равен объему всего тела (см. рис. 134, а ): V Ж = V . А раз так, то эти объемы в формуле (48.4) можно сократить. При этом останется: ρ = ρж , что и требовалось доказать.

2. Для того чтобы тело плавало, частично выступая над поверхностью жидкости, необходимо, чтобы плотность тела была меньше плотности жидкости.

Доказательство . Если тело плавает, частично выступая над поверхностью жидкости, то объем вытесняемой телом жидкости будет меньше объема всего тела (см. рис. 134, б ): V Ж < V . А раз так, то для сохранения равенства (48.4) необходимо, чтобы плотность жидкости была больше плотности тела: ρ ж > ρ , что и требовалось доказать.

При ρ > ρ ж плавание тела невозможно, так как в этом случае сила тяжести превышает архимедову силу, и тело тонет.

Что будет происходить с телом, у которого ρ < ρ ж , если его полностью погрузить в жидкость? В этом случае архимедова сила будет преобладать над силой тяжести, и потому тело начнет подниматься вверх. Пока тело будет двигаться, будучи полностью погруженным в жидкость, архимедова сила будет оставаться неизменной. Но как только тело достигнет поверхности жидкости и появится над ней, эта сила (по мере уменьшения объема части тела, погруженной в жидкость) будет становиться все меньше и меньше. Всплытие прекратится тогда, когда архимедова (выталкивающая) сила уменьшится и станет равной силе тяжести. При этом, чем меньшей плотностью (по сравнению с плотностью жидкости) обладает тело, тем меньшая его часть останется внутри жидкости (рис. 135).

1. Сформулируйте условие плавания тел. 2. В каком случае тело плавает полностью погруженным в жидкость? 3. В каком случае тело плавает, частично выступая над поверхностью жидкости? 4. Предположим, что в сосуд налили воду н керосин. Какая из этих жидкостей расположится сверху? 5. В какой из следующих жидкостей будет плавать лед: в керосине, в воде или в спирте? 6. В какой из следующих жидкостей будет плавать гвоздь: в ртути или в машинном масле? 7. Куриное яйцо тонет в пресной воде, но плавает в соленой. Почему? 8. Как зависит глубина погружения плавающего тела от его плотности?
Экспериментальное задание. Опустите сырую картофелину в стеклянную банку с пресной водой. Почему она тонет? Как будет вести себя картофелина, если в воду насыпать соль? Медленно высыпая соль и размешивая воду, добейтесь того, чтобы картофелина могла плавать в толще воды, будучи полностью в нее погруженной. Какой должна быть плотность соленой воды, чтобы это было возможным?

Пермякова Юлия

Тема моего проекта «Плавание тел».

Цель работы: изучение закона Архимеда, выяснение условий и особенностей плавания тел, проверка их на опытах.

Скачать:

Предварительный просмотр:

МОУ «ООШ с. Дороговиновка Пугачевского района Саратовской облкасти»

ПРОЕКТ

по физике

на тему «Плавание тел»

Учащегося 7 класса

МОУ ООШ с. Дороговиновка

Пермяковой Юлии Учитель: Коннова И.В.

С. Дороговиновка

2014 год

I. Введение

Тема моего проекта «Плавание тел».

Цель работы : изучение закона Архимеда, выяснение условий и особенностей плавания тел, проверка их на опытах.

Задачи:

1. Подобрать и изучить литературу по теме.
2. Рассказать об истории открытия закона Архимеда.
3. Доказать существование архимедовой силы.
4. Проверить условия плавания тел на опытах.

II. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Теоретическая часть

1.1. Об Архимеде

Архимед родился в греческом городе Сиракузы в 287 году до н. э., где и прожил почти всю свою жизнь, и там же занимался научной деятельностью. Учился сначала у своего отца, астронома и математика Фидия, потом в Александрии, где правители Египта собрали лучших греческих ученых и мыслителей, а также основали знаменитую, самую большую в мире библиотеку. Здесь, в Александрии, Архимед познакомился с учениками Эвклида, с которыми всю жизнь поддерживал оживленную переписку. Здесь же он усиленно изучал труды Демокрита, Евдокса и других ученых.

После учебы в Александрии Архимед вновь вернулся в Сиракузы и унаследовал должность своего отца, придворного астронома.

В теоретическом отношении труд этого великого ученого был ослепляюще многогранным. Основные работы Архимеда касались различных практических приложений математики (геометрии), физики, гидростатики и механики. Он был также изобретательным инженером, который использовал свой талант для решения ряда практических проблем.

До нас дошло тринадцать трактатов Архимеда. В самом знаменитом из них - "О шаре и цилиндре" (в двух книгах) Архимед устанавливает, что площадь поверхности шара в 4 раза больше площади наибольшего его сечения. Работы Архимеда состоят из расчетов площадей фигур, ограниченных кривыми, и объемов тел, ограниченных произвольными плоскостями - поэтому Архимед может по справедливости считаться отцом интегрального исчисления, возникшего на два тысячелетия позже.

Говорят, будто важнейшим своим открытием Архимед считал доказательство, что объем шара и описанного вокруг него цилиндра относятся между собой как 2:3. Архимед просил своих друзей поместить это доказательство на его могильной плите.

Архимед пытался также решить проблему квадратуры круга и достиг в этом выдающихся результатов, объединив их в труд «Об измерении круга»:

1. Площадь круга равна площади прямоугольного треугольника с катетами, равными длине и радиусу окружности (πr 2 ).

2. Площадь круга так относится к площади описанного вокруг него квадрата, как 11:14.

3. Отношение длины окружности к диаметру больше и меньше .

Архимед впервые вычислил число «пи» - отношение длины окружности к диаметру - и доказал, что оно одинаково для любого круга.

Архимед нашел также сумму бесконечной геометрической прогрессии со знаменателем . В математике это был первый пример бесконечного ряда.

При исследовании одной задачи, сводящейся к кубическому уравнению, Архимед выяснил роль характеристики, которая позже получила название дискриминанта.

Архимеду принадлежит формула для определения площади треугольника через три его стороны (неправильно именуемая формулой Герона).

Большую роль в развитии математики сыграло его сочинение «Псаммит» - «О числе песчинок», в котором он показывает, как с помощью существовавшей системы счисления можно выражать сколь угодно большие числа. В качестве повода для своих рассуждений он использует задачу о подсчете количества песчинок внутри видимой Вселенной. Тем самым было опровергнуто существовавшее тогда мнение о наличии таинственных «самых больших чисел ». Мы до сих пор пользуемся придуманной Архимедом системой наименования целых чисел.

Перечисленные научные находки - это только небольшая часть творчества Архимеда. Его усердно переводили и комментировали арабы, а потом западноевропейские ученые.

В физике Архимед ввел понятие центра тяжести, установил научные принципы статики и гидростатики, дал образцы применения математических методов в физических исследованиях. Основные положения статики сформулированы в сочинении "О равновесии плоских фигур". Архимед рассматривает сложение параллельных сил, определяет понятие центра тяжести для различных фигур, дает вывод закона рычага. Знаменитый закон гидростатики, вошедший в науку с его именем (закон Архимеда), сформулирован в трактате "О плавающих телах".

Ему приписывают известное выражение: „дайте мне точку опоры, и я сдвину землю". По-видимому, оно было высказано в связи со спуском корабля «Сиракосия» на воду. Рабочие были не в силах сдвинуть с места этот корабль. Им помог Архимед, создавший систему блоков (полиспаст), при помощи которой один человек, сам царь, совершил эту работу.

1.2. Закон Архимеда

По преданию, царь Гиерон поручил Архимеду проверить, из чистого ли золота сделана его корона или же ювелир присвоил часть золота, сплавив его с серебром. Размышляя над этой задачей, Архимед как-то зашел в баню и там, погрузившись в ванну, заметил, что количество воды, переливающейся через край, равно количеству воды, вытесненной его телом. Это наблюдение подсказало Архимеду решение задачи о короне, и он, не медля ни секунды, выскочил из ванны и, как был нагой, бросился домой, крича во весь голос о своем открытии: «Эврика! Эврика!» (греч. «Нашел! Нашел!»)».

Тот факт, что на погруженное в воду тело действует некая сила, всем хорошо известен: тяжелые тела как бы становятся более легкими – например, наше собственное тело при погружении в ванну. Купаясь в речке или в море, можно легко поднимать и передвигать по дну очень тяжелые камни – такие, которые не удается поднять на суше; то же явление наблюдается, когда по каким-либо причинам выброшенным на берегу оказывается кит – вне водной среды животное не может передвигаться – его вес превосходит возможности его мышечной системы. В то же время легкие тела сопротивляются погружению в воду: чтобы утопить мяч размером с небольшой арбуз требуется и сила, и ловкость; погрузить мяч диаметром полметра скорее всего не удастся. Интуитивно ясно, что ответ на вопрос – почему тело плавает (а другое – тонет), тесно связан с действием жидкости на погруженное в нее тело; нельзя удовлетвориться ответом, что легкие тела плавают, а тяжелые – тонут: стальная пластинка, конечно, утонет в воде, но если из нее сделать коробочку, то она может плавать; при этом ее вес не изменится.

Чтобы понять природу силы, действующей со стороны жидкости на погруженное тело, достаточно рассмотреть простой пример (рис. 1).

Кубик погружен в воду, причем и вода, и кубик неподвижны. Известно, что давление в тяжелой жидкости увеличивается пропорционально глубине – очевидно, что более высокий столбик жидкости более сильно давит на основание. Это давление действует не только вниз, но и в стороны, и вверх с той же интенсивностью – это закон Паскаля.

Если рассмотреть силы, действующие на кубик (рис. 1), то в силу очевидной симметрии силы, действующие на противоположные боковые грани, равны и противоположно направлены – они стараются сжать кубик, но не могут влиять на его равновесие или движение. Остаются силы, действующие на верхнюю и нижнюю грани. Так как давление на глубине больше, чем у поверхности жидкости и , а , то > . Так как силы F 2 и F 1 направлены в противоположные стороны, то их равнодействующая равна разности F 2 – F 1 и направлена в сторону большей силы, то есть вверх. Эта равнодействующая и является архимедовой силой, то есть силой, выталкивающей тело из жидкости.

Закон Архимеда

Закон Архимеда формулируется таким образом: тело, находящееся в жидкости (или газе), теряет в своем весе столько, сколько весит жидкость (или газ) в объеме, вытесненном телом.

1.3. От чего зависит выталкивающая сила

Поведение тела, находящегося в жидкости, зависит от соотношения между модулями силы тяжести F т и архимедовой силы F A , которые действуют на это тело. Возможны следующие три случая:

1. F т > F A – тело тонет;
2. F т = F A – тело плавает в жидкости;
3. F т A – тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать на поверхности жидкости.

Также поведение тела, находящегося в жидкости, зависит от соотношения плотностей тела и жидкости. Следовательно, для определения поведения тела в жидкости, можно сравнить плотности тела и жидкости. В данном случае возможны также три ситуации:

1. ρ тела > ρ жидкости – тело тонет
2. ρ тела = ρ жидкости – тело плавает
3. ρ тела жидкости – тело всплывает.

Приведем примеры.

Плотность железа – 7800 кг/м 3 , плотность воды – 1000 кг/м 3 . Значит, кусок железа будет тонуть в воде. Плотность льда – 900 кг/м 3 , плотность воды – 1000 кг/м 3 , поэтому лед в воде не тонет, а если его бросить в воду, то он начнет всплывать, и будет плавать на поверхности.

2. Практическая часть

2.1. Доказательство существования архимедовой силы

Проведем эксперимент: возьмем цилиндр, подвешенный к динамометру, измерим вес этого цилиндра. Погрузим его в сосуд с водой. Снова взвесим. Мы заметили, что вес цилиндра стал меньше.

Повторим эксперимент с другим телом – связкой ключей. Вес связки, погруженной в воду, опять стал меньше.

Вывод: на всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, называемая архимедовой силой.

2.2. Расчет архимедовой силы

Рассчитаем выталкивающую силу.

Для этого измерим вес тела в воздухе, затем измерим вес этого же тела, но полностью погруженного в воду. Разность этих сил и будет значением архимедовой силы.

F А = P в возд. – P в воде.

Иначе, архимедову силу можно вычислить, зная плотность жидкости и объем тела, погруженного в эту жидкость, по формуле:

F А = g ρ ж V т

2.3. Сравнение силы тяжести и архимедовой силы

Проведем эксперимент.

Возьмем тело – пузырек с некоторым количеством песка. Определим силу тяжести и архимедову силу, действующую на это тело. Сравним их. Мы видим, что, если:

F т > F A – тело тонет;

F т = F A – тело плавает в жидкости;

F т A – тело всплывает

Вывод: поведение тела, находящегося в жидкости, зависит от соотношения между модулями силы тяжести F т и архимедовой силы F A , которые действуют на это тело.

2.4 Сравнение плотностей жидкости и тела

Проведем еще один эксперимент. Возьмем тела, плотности которых меньше или больше плотности воды. Погрузим их в воду. Мы увидим, что «тела, которые тяжелее жидкости, будучи опущены в неё, погружаются всё глубже, пока не достигают дна, и, пребывая в жидкости, теряют в своём весе столько, сколько весит жидкость, взятая в объёме тел», – как говорил Архимед.

Вывод: поведение тела, находящегося в жидкости, зависит от соотношения плотностей тела и жидкости.

2.5 Сравнение архимедовой силы, действующей на тело в разных по плотности жидкостях

Проведем эксперимент: возьмем две жидкости, различных по плотности: шампунь и пресную воду, и кусок пластилина. Определим выталкивающую силу, действующую на пластилин со стороны каждой из жидкостей. Мы увидим, что архимедова сила оказалась разной: у жидкости с большей плотностью (шампуня) она больше, чем у жидкости с меньшей плотностью (пресной воды).

Цели: Ознакомить школьников с явлением плавания тел в жидкости, изучить условия плавания тел на основе изучения понятия о выталкивающей силе. Развивать умения применять знания в конкретных учебных ситуциях и объяснять причины: почему тела в одних жидкостях плавают, а в других тонут. Умение логически мыслить, развивать творческую активность. Воспитывать добросовестное отношение к учебе, стремление к познанию нового и положительной мотивации к учению, коммуникативных умений.

Фронтальный опрос 1.Какие явления, указывающие на существование выталкивающей силы, известны вам? 2.Какой вы знаете опыт, с помощью которого можно определить значение архимедовой силы? 3.Одинакова ли выталкивающая сила, с которой жидкость действует на погруженные в нее стальной шарик и стальную пластину одной и той же массы? 4.Почему одни тела плавают, а другие тонут? Почему гвоздь тонет в воде, а огромный корабль плавает?

Задача Кусок мрамора объёмом 0,1 м³ надо поднять со дна озера. Какая для этого понадобится сила, если масса куска 300 кг? Дано: m=300 кг ρ ж =1000 кг/м³ g=10 Н/кг V т =0,1 м³ _______________ F-? Решение F А = ρ ж g V т F А = 1000 кг/м³·10 Н/кг·0,1 м³ = 1000 Н; F т =m g F т = 300 кг·10 Н/кг = 3000 Н; F = F т - F А F = 3000 Н Н = 2000 Н. Ответ: 2 кН Задача (решение у доски)

Тело плавает, если… Тело находится в равновесии, если … Тело тонет, если… Объясните положение тел в данных случаях? Продолжи предложение. Вопрос Вопрос 6.

F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей си" title="Рассмотрим три случая: 1. Сила тяжести, направленная вниз, больше выталкивающей силы, направленной в верх. В этом случае результирующая сила направлена вниз и тело тонет. F т > F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей си" class="link_thumb"> 9 Рассмотрим три случая: 1. Сила тяжести, направленная вниз, больше выталкивающей силы, направленной в верх. В этом случае результирующая сила направлена вниз и тело тонет. F т > F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей силы, направленной вверх. В этом случае результирующая сила направлена вверх, и тело всплывает. F т F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей си"> F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей силы, направленной вверх. В этом случае результирующая сила направлена вверх, и тело всплывает. F т F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей си" title="Рассмотрим три случая: 1. Сила тяжести, направленная вниз, больше выталкивающей силы, направленной в верх. В этом случае результирующая сила направлена вниз и тело тонет. F т > F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей си"> title="Рассмотрим три случая: 1. Сила тяжести, направленная вниз, больше выталкивающей силы, направленной в верх. В этом случае результирующая сила направлена вниз и тело тонет. F т > F A F т > F A 2. Сила тяжести, направленная вниз, меньше выталкивающей си">

Плотность воды, кг/м 3 Плотность вещества, кг/м 3 тонет или не тонет Физический эксперимент Выяснение условий плавания тел в жидкости Приборы и материалы: Стакан с водой, стальной, алюминиевый, латунный, деревянный, пробковый и парафиновый цилиндры Задание 1. Опускайте в воду по очереди тела: стальной, алюминиевый, латунный, деревянный, пробковый и парафиновый цилиндр. Выясните, какие из них тонут, какие плавают. 2. Результаты наблюдений запишите в таблицу: Изучите таблицу и сделайте вывод: при каком условии тела в воде тонут?

Выводы: 1. Тело тонет, если средняя плотность тела ρ ср превышает плотность жидкости ρ ж: 2. Тело всплывает, если средняя плотность тела ρ ср меньше плотности жидкости ρ ж: 3. Тело плавает на произвольной глубине, если средняя плотность тела ρ ср равна плотности жидкости ρ ж: ρ ср > ρ ж ρ ср ρ ж ρ ср

Одним из таких трудов Архимеда является сочинение «О плавающих телах». Рукопись этого перевода была обнаружена в 1884 г. в Ватиканской библиотеке в латинском переводе. Греческий же текст был найден только в 1905 г. При этом сохранилось около трех четвертей текста рукописи Архимеда.

Средняя плотность живых организмов, населяющих водную среду, мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается архимедовой силой. Благодаря этому водные животные не нуждаются в прочных и массивных скелетах. По этой же причине эластичны стволы водных растений. Это интересно

Плавательный пузырь рыбы легко меняет свой объём. Когда рыба с помощью мышц опускается на большую глубину и давление воды на неё увеличивается, пузырь сжимается, объём тела рыбы уменьшается и она плавает в глубине. При подъёме плавательный пузырь и объём рыбы увеличивается и она всплывает. Так рыба регулирует глубину своего погружения. Плавательный пузырь рыбы Это интересно

Поместим куриное яйцо в банку с водопроводной водой. Яйцо утонуло и находится на дне банки. Добавим в банку с водой несколько ложек поваренной соли и яйцо начнёт всплывать. Почему так происходит? Условие плавания судов – равенство силы тяжести и выталкивающей силы Архимеда, действующих на судно. Условие плавания нарушается, если изменяется плотность жидкости (плотность жидкости в банке возрастет, сила Архимеда увеличится, и будет плавать на поверхности).

24 Рефлексия (карточка у каждого ученика) Как я себя чувствовал на уроке? Нарисуйте смайлик на той глубине, которая соответствовала бы глубине вашего погружения в сегодняшний урок. Рефлексия (карточка у каждого ученика). Подведение итогов урока. Выставление оценок.

Использованные ресурсы: за внимание! Автор: учитель физики и информатики Александрова З.В., МОУ СОШ 5 п.Печенга, Мурманская обл., 2009 г.

Задачи урока:

Закрепить закон Архимеда. Изучить условия плавания тел. Формировать умения объяснять поведение тел (тонет, плавает, всплывает) сравнением силы тяжести и силы Архимеда; плотности жидкости и плотности тела. Ознакомить с применением закона Архимеда для создания надводных и подводных средств передвижения.

Оборудование:

1. Сосуд с водой.
2. Различные тела (стальной гвоздь, пластилин, пенопласт, деревянный цилиндр и другие).
3. Видеокадры с изображением теплохода, подводной лодки, айсберга.
4. Диск из “Электронных уроков и тестов”.
5. Презентация “Плавание тел”.

Ход урока

1. Повторение и актуализация знаний:

1.Что называется силой тяжести? Куда она направлена? Формула силы тяжести.
2. Какая сила называется выталкивающей силой? Какова причина ее возникновения? От каких величин она зависит?
3.Сформулируйте закон Архимеда.
4. Что называется равнодействующей силой?
5. Как находится равнодействующая двух сил, направленных по одной прямой в одну сторону? В разные стороны?
6. Как будет вести себя тело под действием двух равных, но противоположно направленных сил?

Проверка упражнений:

№3 – ответ 3;
№4 – ответ 2;
№5 – ответы:
А) не прогнется, останется ровным;
Б) прогнется вниз;
В) прогнется вверх;
№6 – ответ 2;
№7 – ответ 2.

2. Изучение нового материала

1. Вступление учителя

Сегодня мы должны узнать и ответить на такие вопросы: Почему некоторые тела плавают на поверхности жидкости, а некоторые тонут? Почему гвоздь из железа тонет, а корабль, сделанный из железа плавает? За счет чего могут погружаться и всплывать подводные лодки и рыбы?

– У меня в руках несколько брусочков и шариков одинакового объема. Одинаковыми ли будут выталкивающие силы этих тел при погружении их в воду? (одинаковыми)

– Попробуем опустить их в воду. Что мы видим? Одни тела утонули, другие плавают. Почему? Что еще мы не учли, когда говорили о погружении тел в жидкость?

Вывод из опыта:

Значит, тонет тело или нет, зависит не только от силы Архимеда, но и от силы тяжести.

– Запишите тему урока.

2.Вывод условий плавания тел.

Объясните поведение тел на рисунках.

– Какие выводы мы можем сделать?

– Перечертите рисунки в тетрадь и подпишите.

1. Тело тонет, если сила тяжести больше силы Архимеда (F т >F А)
2. Тело плавает, если сила тяжести равна силе Архимеда (F т =F А)
3. Тело всплывает, если сила тяжести меньше силы Архимеда (F т < F А)

Затем рассматриваются условия плавания тел через сравнение плотностей тел:

Если тело плавает на поверхности жидкости:

Разбор упражнения:

– Какие вещества (лед, стеарин, воск, резина, кирпич) будут всплывать в воде, молоке, ртути?

– Пользуясь таблицей, определите, какие металлы тонут в ртути? (осмий, иридий, платина, золото)

– Какие вещества будут всплывать в керосине? (пробка, сосна, дуб)

4. Применение условий плавания тел

А) Плавание кораблей

– А сейчас мы должны объяснить, почему стальной гвоздь тонет, а корабль из стали плавает?

– Возьмем пластилин. Если его опустить в воду, то он тонет. Как сделать так, чтобы он не тонул?

Б) Плавание подводных лодок

– За счет чего подводные лодки могут подниматься и опускаться на различные глубины? (за счет изменения своей массы, а значит силы тяжести)

В) Плавание рыб и китов

– Как рыбы и киты могут менять глубину погружения? (рыбы за счет изменения объема плавательного пузыря, киты за счет изменения объема легких, значит за счет силы Архимеда)

Г) Плавание человека в пресной воде и в соленой воде

– Средняя плотность тела человека равна 1030 кг/м. Будет ли плавать человек или тонуть в реке и в соленом озере?

Д) Воздухоплавание

– Какое условие должно выполняться, чтобы воздушный шар поднимался вверх? (Сила Архимеда > силы тяжести, плотность газа < плотности воздуха)

– Какими газами наполняют воздушные шары? (нагретый воздух, водород, гелий)

– Что происходит с силой Архимеда при подъеме в верхние слои атмосферы? (уменьшается)

– Как продолжить дальнейший подъем, если шар больше не поднимается? (сбросить балласт)

– Как осуществляется спуск шара? (за счет уменьшения объема шара, а значит уменьшения силы Архимеда)

5. Закрепление материала.

Масса тела 130 кг, его объем 0,2 м 3 .Всплывет это тело или утонет в воде?

Физика Учитель: Орел Алла Евгеньевна МСКОУ школа - интернат II вида № 12 г.Челябинска Плавание тел Цель урока: выяснить условия плавания тел в зависимости от плотности вещества и жидкости. Задачи урока: 1. Научиться выводить формулы условия плавания тел. 2. Научиться доказывать условие плавания тел, полностью погруженных в жидкость. 3. Научиться доказывать условие плавания тел, частично погруженных в жидкость. 4. Уяснить условие, при котором тело в жидкости тонет, и условие всплывания тел, полностью погруженных в жидкость. Ответьте на вопросы: Какие силы действуют на тело, погруженное в жидкость? Как направлены эти силы? Как найти их равнодействующую? При каком условии тело тонет, всплывает и плавает? До каких пор продолжается всплывание тела? Как доказать, что вес воды, вытесненной плавающим телом, равен весу тела? Вопрос: Если в сосуд налить три жидкости: воду, подсолнечное масло и бензин, то как они расположатся? Внизу - вода, сверху - бензин, подсолнечное масло - между водой и бензином. Вопрос: Опустим в сосуд с водой три шарика: парафиновый, железный и пробковый. Как они расположатся в данном цилиндре? Железный шарик утонет, парафиновый и пробковый шарики всплывут. Вычислим силу тяжести металлического шарика и архимедову силу Вещество Плотн ость, кг/м 3 Вода Бензин Ртуть Железо Парафин Пробка 1000 710 13600 7800 900 240 Пусть объем шарика 5 см 3 , тогда его масса равна 39г Сила тяжести: F т = 0,039 кг. 10 Н/кг = 0,39 Н Архимедова сила: в воде: F a = 0,05 Н в бензине: F a = 0,355 Н в ртути: F a = 0,68 Н Производим сравнение величины сил, действующих на шарик, а также плотности вещества тела и соответствующей жидкости. Железный шарик тонет в воде F т > F a ρ тела > ρ ж Железный шарик всплывает в ртути F т < F a ρ тела < ρ ж Вещество Плотность, кг/м 3 Вода Бензин Ртуть Железо Парафин Пробка 1000 710 13600 7800 900 240 а) если плотность вещества, из которого состоит тело, больше плотности жидкости, то тело тонет; б) если плотность вещества, из которого состоит тело, меньше плотности жидкости, то тело плавает. Вывод: Условие плавания тел Для того чтобы тело плавало, необходимо, чтобы действующая на него сила тяжести уравновешивалась архимедовой (выталкивающей) силой. F т = F a (1) Архимедова сила: F a = ρ ж V ж g (2) Сила тяжести: F т = mg = ρ Vg (3) Подставим выражения (2) и (3) в равенство (1) : ρ Vg = ρ ж V ж g Разделив обе части этого равенства на g , получим условие плавания тел в новой форме: ρ V = ρ ж V ж Из полученного соотношения можно вывести следствия 1 и 2. На рисунке изображено одно и то же тело, плавающее в двух разных жидкостях. Плотность какой жидкости больше? Почему? Определите, какой из этих брусков изготовлен из парафина, какой – из сосны, какой – из пробки Вещество Плотность, кг/м 3 Парафин Сосна Пробка 900 400 240 Ответьте на вопросы: Как расположатся в воде бруски из дуба и льда. Начертите в тетради. Каким должен быть стеклянный шар, чтобы он не утонул в воде? При каком условии тело будет парить в воздухе? Домашнее задание: На оценку «3» п. 48, вопросы 1, 2, 3,4 ,5 ,6 к параграфу. На оценку «4» 1) п. 48, вопросы 1, 2, 3, 4, 5, 6 к параграфу; 2) объяснять как зависит глубина погружения плавающего тела от его плотности; 3) решить задачу № 102 (с.146). Дополнительный вопрос На оценку «5» Кусок пластилина бросили в сосуд с водой. Пластилин утонул. Каким образом добиться, чтобы этот пластилин плавал на поверхности воды, частично погрузившись в нее? Проверьте свой ответ на опыте. Х Следствие 1 Для того чтобы тело плавало, будучи полностью погруженным в жидкость, необходимо, чтобы плотность тела была равна плотности жидкости. Доказательство. Если тело полностью погружено в жидкость, то объем вытесняемой телом жидкости будет равен объему всего тела: V ж = V . Значит, эти объемы в в формуле ρ V = ρ ж V ж можно сократить. Останется ρ = ρ ж, что и требовалось доказать. Следствие 2 Для того чтобы тело плавало, частично выступая над поверхностью жидкости, необходимо, чтобы плотность тела была меньше плотности жидкости. Доказательство. Если тело плавает, частично выступая над поверхность жидкости, то объем вытесняемой телом жидкости будет меньше объема всего тела: V ж < V . Значит, для сохранения равенства в формуле ρ V = ρ ж V ж необходимо, чтобы плотность жидкости была больше плотности тела: ρ < ρ ж, что и требовалось доказать.