Και στατικά αερίου.
Εγκυκλοπαιδικό YouTube
-
1 / 5
Ο νόμος του Αρχιμήδη διατυπώνεται ως εξής: μια άνωση δρα σε ένα σώμα βυθισμένο σε υγρό (ή αέριο), ίση με το βάρος του υγρού (ή αερίου) στον όγκο του βυθισμένου μέρους του σώματος. Η δύναμη ονομάζεται η δύναμη του Αρχιμήδη:
F A = ρ g V , (\style display (F)_(A)=\rho (g)V,)Οπου ρ (\displaystyle \rho )είναι η πυκνότητα του υγρού (αερίου), g(\displaystyle(g))- επιτάχυνση ελεύθερη πτώση, και V (\displaystyle V)- τον όγκο του βυθισμένου μέρους του σώματος (ή του τμήματος του όγκου του σώματος κάτω από την επιφάνεια). Εάν ένα σώμα επιπλέει στην επιφάνεια (κινείται ομοιόμορφα προς τα πάνω ή προς τα κάτω), τότε η άνωση (επίσης αποκαλούμενη δύναμη Αρχιμήδης) είναι ίση σε απόλυτη τιμή (και αντίθετη ως προς την κατεύθυνση) με τη δύναμη της βαρύτητας που ενεργεί στον όγκο του υγρού (αερίου). ) μετατοπίζεται από το σώμα και εφαρμόζεται στο κέντρο βάρους αυτού του όγκου.
Πρέπει να σημειωθεί ότι το σώμα πρέπει να περιβάλλεται πλήρως από το υγρό (ή να τέμνεται με την επιφάνεια του υγρού). Έτσι, για παράδειγμα, ο νόμος του Αρχιμήδη δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε έναν κύβο που βρίσκεται στο κάτω μέρος της δεξαμενής, αγγίζοντας ερμητικά τον πυθμένα.
Όσο για ένα σώμα που βρίσκεται σε αέριο, για παράδειγμα, στον αέρα, για να βρεθεί η ανυψωτική δύναμη, είναι απαραίτητο να αντικατασταθεί η πυκνότητα του υγρού με την πυκνότητα του αερίου. Για παράδειγμα, ένα μπαλόνι με ήλιο πετά προς τα πάνω λόγω του γεγονότος ότι η πυκνότητα του ηλίου είναι μικρότερη από την πυκνότητα του αέρα.
Ο νόμος του Αρχιμήδη μπορεί να εξηγηθεί χρησιμοποιώντας τη διαφορά στην υδροστατική πίεση χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός ορθογώνιου σώματος.
P B − P A = ρ g h (\displaystyle P_(B)-P_(A)=\rho gh) F B − F A = ρ g h S = ρ g V , (\displaystyle F_(B)-F_(A)=\rho ghS=\rho gV,)Οπου Π Α, Π Β- σημεία πίεσης ΕΝΑΚαι σι, ρ - πυκνότητα υγρού, η- διαφορά επιπέδου μεταξύ πόντων ΕΝΑΚαι σι, μικρόείναι η περιοχή της οριζόντιας διατομής του σώματος, V- τον όγκο του βυθισμένου μέρους του σώματος.
Στη θεωρητική φυσική, ο νόμος του Αρχιμήδη χρησιμοποιείται επίσης σε ολοκληρωμένη μορφή:
F A = ∬ S p d S (\style display (F)_(A)=\inint \limits _(S)(p(dS))),Οπου S (\displaystyle S)- επιφάνεια, p (\displaystyle p)- πίεση σε αυθαίρετο σημείο, η ενσωμάτωση πραγματοποιείται σε ολόκληρη την επιφάνεια του σώματος.
Ελλείψει βαρυτικού πεδίου, δηλαδή σε κατάσταση έλλειψης βαρύτητας, ο νόμος του Αρχιμήδη δεν λειτουργεί. Οι αστροναύτες είναι εξοικειωμένοι με αυτό το φαινόμενο αρκετά καλά. Συγκεκριμένα, στην έλλειψη βαρύτητας δεν υπάρχει φαινόμενο (φυσικής) συναγωγής, επομένως, για παράδειγμα, η ψύξη με αέρα και ο αερισμός των διαμερισμάτων διαβίωσης των διαστημικών σκαφών πραγματοποιούνται αναγκαστικά, από ανεμιστήρες.
Γενικεύσεις
Ένα συγκεκριμένο ανάλογο του νόμου του Αρχιμήδη ισχύει επίσης σε οποιοδήποτε πεδίο δυνάμεων που δρουν διαφορετικά σε ένα σώμα και σε ένα υγρό (αέριο), ή σε ένα ανομοιογενές πεδίο. Για παράδειγμα, αυτό αναφέρεται στο πεδίο δυνάμεων-αδρανείας (για παράδειγμα, φυγόκεντρος-δύναμη) - η φυγοκέντρηση βασίζεται σε αυτό. Ένα παράδειγμα για ένα πεδίο μη μηχανικής φύσης: ένας διαμαγνήτης στο κενό μετατοπίζεται από μια περιοχή ενός μαγνητικού πεδίου μεγαλύτερης έντασης σε μια περιοχή μικρότερης έντασης.
Παραγωγή του νόμου του Αρχιμήδη για σώμα αυθαίρετου σχήματος
Υδροστατική πίεση υγρού σε βάθος h (\displaystyle h)Υπάρχει p = ρ g h (\displaystyle p=\rho gh). Ταυτόχρονα, θεωρούμε ρ (\displaystyle \rho )υγρό και η ισχύς του βαρυτικού πεδίου είναι σταθερές τιμές, και h (\displaystyle h)- παράμετρος. Ας πάρουμε ένα σώμα αυθαίρετου σχήματος με όγκο μη μηδενικό. Ας εισαγάγουμε ένα ορθό ορθοκανονικό σύστημα συντεταγμένων O x y z (\displaystyle Oxyz), και επιλέξτε την κατεύθυνση του άξονα z που συμπίπτει με την κατεύθυνση του διανύσματος g → (\displaystyle (\vec (g))). Το μηδέν κατά μήκος του άξονα z ορίζεται στην επιφάνεια του υγρού. Ας ξεχωρίσουμε μια στοιχειώδη περιοχή στην επιφάνεια του σώματος d S (\displaystyle dS). Θα επηρεαστεί από τη δύναμη πίεσης του υγρού που κατευθύνεται μέσα στο σώμα, d F → A = − p d S → (\displaystyle d(\vec (F))_(A)=-pd(\vec (S))). Για να πάρουμε τη δύναμη που θα δράσει στο σώμα, παίρνουμε το ολοκλήρωμα στην επιφάνεια:
F → A = − ∫ S p d S → = − ∫ S ρ g h d S → = − ρ g ∫ S h d S → = ∗ − ρ g ∫ V g r a d (h) d V = ∗ ∗ − ρ g ∫ V e z d V = − ρ g e → z ∫ V d V = (ρ g V) (− e → z) (\displaystyle (\vec (F))_(A)=-\int \limits _(S)(p \,d(\vec (S)))=-\int \limits _(S)(\rho gh\,d(\vec (S)))=-\rho g\int \limits _(S)( h\,d(\vec (S)))=^(*)-\rho g\int \limits _(V)(grad(h)\,dV)=^(**)-\rho g\int \limits _(V)((\vec (e))_(z)dV)=-\rho g(\vec (e))_(z)\int \limits _(V)(dV)=(\ rho gV)(-(\vec (e))_(z)))
Όταν περνάμε από το ολοκλήρωμα πάνω από την επιφάνεια στο ολοκλήρωμα πάνω από τον όγκο, χρησιμοποιούμε το γενικευμένο θεώρημα Ostrogradsky-Gauss.
∗ h (x, y, z) = z; ∗ ∗ g r a d (h) = ∇ h = e → z (\displaystyle ()^(*)h(x,y,z)=z;\quad ^(**)grad(h)=\nabla h=( \vec (e))_(z))Παίρνουμε ότι το μέτρο της δύναμης του Αρχιμήδη είναι ίσο με ρ g V (\displaystyle \rho gV), και κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κατεύθυνση του διανύσματος έντασης βαρυτικού πεδίου.
Μια άλλη διατύπωση (όπου ρ t (\displaystyle \rho _(t))- πυκνότητα σώματος, ρ s (\displaystyle \rho _(s))είναι η πυκνότητα του μέσου στο οποίο είναι βυθισμένο).
Υγρά και αέρια, σύμφωνα με τα οποία, σε οποιοδήποτε σώμα βυθισμένο σε υγρό (ή αέριο), από αυτό το υγρό (ή αέριο) ασκεί άνωση, ίση με το βάρος του υγρού (αερίου) που μετατοπίζεται από το σώμα και κατευθύνεται κατακόρυφα προς τα πάνω .
Αυτός ο νόμος ανακαλύφθηκε από τον αρχαίο Έλληνα επιστήμονα Αρχιμήδη τον ΙΙΙ αιώνα. προ ΧΡΙΣΤΟΥ μι. Ο Αρχιμήδης περιέγραψε την έρευνά του στην πραγματεία On Floating Bodies, που θεωρείται ένα από τα τελευταία επιστημονικά του έργα.
Ακολουθούν τα ευρήματα από Νόμος του Αρχιμήδη.
Η δράση υγρού και αερίου σε ένα σώμα βυθισμένο σε αυτά.
Εάν βυθίσετε μια μπάλα γεμάτη αέρα στο νερό και την αφήσετε, θα επιπλεύσει. Το ίδιο θα συμβεί με τα ροκανίδια, το φελλό και πολλά άλλα σώματα. Ποια δύναμη τα κάνει να επιπλέουν;
Ένα σώμα βυθισμένο στο νερό υπόκειται σε πίεση νερού από όλες τις πλευρές (Εικ. ΕΝΑ). Σε κάθε σημείο του σώματος, οι δυνάμεις αυτές κατευθύνονται κάθετα στην επιφάνειά του. Εάν όλες αυτές οι δυνάμεις ήταν ίδιες, το σώμα θα δοκίμαζε μόνο ολόπλευρη συμπίεση. Αλλά σε διαφορετικά βάθη, η υδροστατική πίεση είναι διαφορετική: αυξάνεται με την αύξηση του βάθους. Επομένως, οι δυνάμεις πίεσης που ασκούνται στα κάτω μέρη του σώματος αποδεικνύονται μεγαλύτερες από τις δυνάμεις πίεσης που ασκούνται στο σώμα από πάνω.
Εάν αντικαταστήσουμε όλες τις δυνάμεις πίεσης που ασκούνται σε ένα σώμα βυθισμένο στο νερό με μια (προκύπτουσα ή προκύπτουσα) δύναμη που έχει την ίδια επίδραση στο σώμα με όλες αυτές τις μεμονωμένες δυνάμεις μαζί, τότε η δύναμη που προκύπτει θα κατευθυνθεί προς τα πάνω. Αυτό είναι που κάνει το σώμα να επιπλέει. Αυτή η δύναμη ονομάζεται άνωση, ή Αρχιμήδεια δύναμη (από τον Αρχιμήδη, ο οποίος πρώτος επεσήμανε την ύπαρξή της και καθόρισε από τι εξαρτάται). Στην εικόνα σιεπισημαίνεται ως Φ Α.
Η Αρχιμήδεια (πλευστική) δύναμη δρα στο σώμα όχι μόνο στο νερό, αλλά και σε οποιοδήποτε άλλο υγρό, αφού σε οποιοδήποτε υγρό υπάρχει υδροστατική πίεση, η οποία είναι διαφορετική σε διαφορετικά βάθη. Αυτή η δύναμη δρα και στα αέρια, λόγω των οποίων πετούν μπαλόνια και αερόπλοια.
Λόγω της δύναμης άνωσης, το βάρος οποιουδήποτε σώματος στο νερό (ή σε οποιοδήποτε άλλο υγρό) είναι μικρότερο από τον αέρα και μικρότερο στον αέρα από ό,τι στον χώρο χωρίς αέρα. Είναι εύκολο να το επαληθεύσετε αυτό ζυγίζοντας το βάρος με τη βοήθεια ενός δυναμόμετρου ελατηρίου προπόνησης, πρώτα στον αέρα και στη συνέχεια χαμηλώνοντάς το σε ένα δοχείο με νερό.
Η μείωση του βάρους συμβαίνει επίσης όταν ένα σώμα μεταφέρεται από το κενό στον αέρα (ή σε κάποιο άλλο αέριο).
Εάν το βάρος ενός σώματος στο κενό (για παράδειγμα, σε ένα δοχείο από το οποίο αντλείται αέρας) είναι ίσο με P0, τότε το βάρος του στον αέρα είναι:
,Οπου F' Aείναι η Αρχιμήδεια δύναμη που ενεργεί σε ένα δεδομένο σώμα στον αέρα. Για τα περισσότερα σώματα, αυτή η δύναμη είναι αμελητέα και μπορεί να παραμεληθεί, δηλ. μπορούμε να υποθέσουμε ότι Ρ αέρας =P 0 =mg.
Το βάρος του σώματος σε υγρό μειώνεται πολύ περισσότερο από ότι στον αέρα. Αν το βάρος του σώματος στον αέρα Ρ αέρας = P 0, τότε το βάρος του σώματος στο υγρό είναι P υγρό \u003d P 0 - F A. Εδώ Φ Αείναι η Αρχιμήδεια δύναμη που ενεργεί στο ρευστό. Ως εκ τούτου προκύπτει ότι
Επομένως, για να βρεθεί η δύναμη του Αρχιμήδειου που ενεργεί σε ένα σώμα σε οποιοδήποτε υγρό, αυτό το σώμα πρέπει να ζυγιστεί στον αέρα και στο υγρό. Η διαφορά μεταξύ των λαμβανόμενων τιμών θα είναι η Αρχιμήδεια (πλευστική) δύναμη.
Με άλλα λόγια, λαμβάνοντας υπόψη τον τύπο (1.32), μπορούμε να πούμε:
Η άνωση που ασκείται σε ένα σώμα βυθισμένο σε ένα υγρό είναι ίση με το βάρος του υγρού που μετατοπίζεται από αυτό το σώμα.
Η δύναμη του Αρχιμήδειου μπορεί να προσδιοριστεί και θεωρητικά. Για να γίνει αυτό, ας υποθέσουμε ότι ένα σώμα βυθισμένο σε ένα ρευστό αποτελείται από το ίδιο ρευστό στο οποίο είναι βυθισμένο. Έχουμε το δικαίωμα να το υποθέσουμε αυτό, αφού οι δυνάμεις πίεσης που ασκούνται σε ένα σώμα βυθισμένο σε ένα υγρό δεν εξαρτώνται από την ουσία από την οποία είναι φτιαγμένο. Τότε η Αρχιμήδεια δύναμη εφαρμόστηκε σε ένα τέτοιο σώμα Φ Αθα εξισορροπηθεί από την καθοδική δύναμη της βαρύτητας Μκαισολ(Οπου m fείναι η μάζα του υγρού στον όγκο ενός δεδομένου σώματος):
Αλλά η δύναμη της βαρύτητας είναι ίση με το βάρος του μετατοπισμένου ρευστού R f. Ετσι.
Δεδομένου ότι η μάζα ενός υγρού είναι ίση με το γινόμενο της πυκνότητάς του ρ wστον τόμο, ο τύπος (1.33) μπορεί να γραφτεί ως:
Οπου Vκαιείναι ο όγκος του εκτοπισμένου ρευστού. Αυτός ο όγκος είναι ίσος με τον όγκο εκείνου του μέρους του σώματος που είναι βυθισμένο στο υγρό. Εάν το σώμα είναι πλήρως βυθισμένο στο υγρό, τότε συμπίπτει με τον όγκο Vολόκληρου του σώματος? αν το σώμα είναι μερικώς βυθισμένο στο υγρό, τότε ο όγκος Vκαιόγκος μετατοπισμένου ρευστού Vσώματα (Εικ. 1.39).
Ο τύπος (1.33) ισχύει επίσης για την Αρχιμήδεια δύναμη που ενεργεί σε ένα αέριο. Μόνο σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να αντικατασταθεί η πυκνότητα του αερίου και ο όγκος του εκτοπισμένου αερίου, και όχι το υγρό, σε αυτό.
Με βάση τα παραπάνω, ο νόμος του Αρχιμήδη μπορεί να διατυπωθεί ως εξής:
Κάθε σώμα που βυθίζεται σε υγρό (ή αέριο) σε ηρεμία επηρεάζεται από μια άνωση από αυτό το υγρό (ή αέριο), ίση με το γινόμενο της πυκνότητας του υγρού (ή αερίου), της επιτάχυνσης ελεύθερης πτώσης και του όγκου αυτού. μέρος του σώματος που είναι βυθισμένο στο υγρό (ή αέριο).
Το κείμενο της εργασίας τοποθετείται χωρίς εικόνες και τύπους.
Η πλήρης έκδοση της εργασίας είναι διαθέσιμη στην καρτέλα "Αρχεία εργασιών" σε μορφή PDFΕισαγωγή
Συνάφεια:Αν κοιτάξετε προσεκτικά τον κόσμο γύρω σας, μπορείτε να ανακαλύψετε πολλά γεγονότα που συμβαίνουν γύρω σας. Από τα αρχαία χρόνια ο άνθρωπος περιβάλλεται από νερό. Όταν κολυμπάμε σε αυτό, το σώμα μας σπρώχνει κάποιες δυνάμεις στην επιφάνεια. Έχω κάνει στον εαυτό μου την ερώτηση εδώ και πολύ καιρό: «Γιατί τα σώματα επιπλέουν ή βυθίζονται; Το νερό σπρώχνει τα πράγματα έξω;
Η ερευνητική μου εργασία στοχεύει στην εμβάθυνση των γνώσεων που απέκτησα στο μάθημα για την Αρχιμήδεια δύναμη. Απαντήσεις στις ερωτήσεις μου, χρησιμοποιώντας εμπειρία ζωής, παρατηρήσεις της περιβάλλουσας πραγματικότητας, διεξάγω τα δικά μου πειράματα και εξηγώ τα αποτελέσματά τους, τα οποία θα επεκτείνουν τη γνώση σχετικά με αυτό το θέμα. Όλες οι επιστήμες είναι αλληλένδετες. Και κοινό αντικείμενο μελέτης όλων των επιστημών είναι ο άνθρωπος «συν» φύση. Είμαι βέβαιος ότι η μελέτη της δράσης της Αρχιμήδειας δύναμης είναι επίκαιρη σήμερα.
Υπόθεση:Υποθέτω ότι στο σπίτι είναι δυνατό να υπολογιστεί το μέγεθος της άνωσης που ασκεί σε ένα σώμα βυθισμένο σε ένα υγρό και να προσδιοριστεί εάν εξαρτάται από τις ιδιότητες του υγρού, τον όγκο και το σχήμα του σώματος.
Αντικείμενο μελέτης:Πλευστότητα σε υγρά.
Καθήκοντα:
Να μελετήσει την ιστορία της ανακάλυψης της Αρχιμήδειας δύναμης.
Να μελετήσει την εκπαιδευτική βιβλιογραφία για τη δράση της Αρχιμήδειας δύναμης.
Ανάπτυξη δεξιοτήτων για τη διεξαγωγή ενός ανεξάρτητου πειράματος.
Να αποδείξετε ότι η τιμή της άνωσης εξαρτάται από την πυκνότητα του υγρού.
Ερευνητικές μέθοδοι:
Ερευνα;
Εκτιμώμενος;
Ανάκτηση πληροφορίας;
Παρατηρήσεις
1. Ανακάλυψη της δύναμης του Αρχιμήδη
Υπάρχει ένας διάσημος θρύλος για το πώς ο Αρχιμήδης έτρεξε στο δρόμο και φώναξε "Εύρηκα!" Αυτό ακριβώς λέει για την ανακάλυψή του ότι η άνωση του νερού είναι ίση σε απόλυτη τιμή με το βάρος του νερού που εκτοπίζεται από αυτό, ο όγκος του οποίου είναι ίσος με τον όγκο του σώματος που βυθίζεται σε αυτό. Αυτή η ανακάλυψη ονομάζεται νόμος του Αρχιμήδη.
Τον ΙΙΙ αιώνα π.Χ., ο Ιερών έζησε - ο βασιλιάς της αρχαίας ελληνικής πόλης των Συρακουσών, και ήθελε να φτιάξει για τον εαυτό του ένα νέο στέμμα από καθαρό χρυσό. Το μέτρησε αυστηρά όσο χρειαζόταν και έδωσε μια παραγγελία στον κοσμηματοπώλη. Ένα μήνα αργότερα, ο πλοίαρχος επέστρεψε το χρυσό με τη μορφή κορώνας και ζύγιζε όσο η μάζα αυτού του χρυσού. Αλλά τελικά, όλα μπορούν να συμβούν και ο πλοίαρχος θα μπορούσε να εξαπατήσει προσθέτοντας ασήμι ή ακόμα χειρότερα - χαλκό, γιατί δεν μπορείς να καταλάβεις με το μάτι και η μάζα είναι όπως θα έπρεπε. Και ο βασιλιάς θέλει να μάθει: η δουλειά γίνεται τίμια; Και μετά, ζήτησε από τον επιστήμονα Αρχιμήδη, να ελέγξει αν ο δάσκαλος έφτιαξε το στέμμα του από καθαρό χρυσό. Όπως γνωρίζετε, η μάζα ενός σώματος είναι ίση με το γινόμενο της πυκνότητας της ουσίας από την οποία αποτελείται το σώμα και του όγκου του:. Αν διαφορετικά σώματα έχουν την ίδια μάζα, αλλά αποτελούνται από διαφορετικές ουσίες, τότε θα έχουν διαφορετικούς όγκους. Αν ο πλοίαρχος είχε επιστρέψει στον βασιλιά όχι ένα στέμμα από κόσμημα, του οποίου ο όγκος δεν μπορεί να προσδιοριστεί λόγω της πολυπλοκότητάς του, αλλά ένα κομμάτι μετάλλου του ίδιου σχήματος που του είχε δώσει ο βασιλιάς, τότε θα ήταν αμέσως σαφές εάν ανακάτεψε άλλο μέταλλο εκεί ή όχι. Και ενώ έκανε μπάνιο, ο Αρχιμήδης παρατήρησε ότι από μέσα έτρεχε νερό. Υποψιάστηκε ότι ξεχύθηκε ακριβώς στον όγκο που καταλαμβάνουν τα μέρη του σώματός του βυθισμένα στο νερό. Και ο Αρχιμήδης συνειδητοποίησε ότι ο όγκος του στέμματος μπορεί να προσδιοριστεί από τον όγκο του νερού που μετατοπίζεται από αυτό. Λοιπόν, αν μπορείτε να μετρήσετε τον όγκο της κορώνας, τότε μπορεί να συγκριθεί με τον όγκο ενός κομματιού χρυσού, ίσου σε μάζα. Ο Αρχιμήδης βύθισε το στέμμα στο νερό και μέτρησε πώς αυξήθηκε ο όγκος του νερού. Επίσης, βύθισε στο νερό ένα κομμάτι χρυσού, του οποίου η μάζα ήταν ίδια με αυτή του στέμματος. Και μετά μέτρησε πώς είχε αυξηθεί ο όγκος του νερού. Οι όγκοι του νερού που εκτοπίστηκαν στις δύο περιπτώσεις ήταν διαφορετικοί. Έτσι, ο πλοίαρχος καταδικάστηκε για δόλο και η επιστήμη εμπλουτίστηκε από μια αξιοσημείωτη ανακάλυψη.
Είναι γνωστό από την ιστορία ότι το πρόβλημα του χρυσού στέμματος ώθησε τον Αρχιμήδη να μελετήσει το ζήτημα της επίπλευσης των σωμάτων. Τα πειράματα που πραγματοποίησε ο Αρχιμήδης περιγράφηκαν στο δοκίμιο «Περί αιωρούμενων σωμάτων», που μας έχει φτάσει. Η έβδομη πρόταση (θεώρημα) αυτής της εργασίας διατυπώνεται από τον Αρχιμήδη ως εξής: σώματα βαρύτερα από ένα υγρό, βυθισμένα σε αυτό το υγρό, θα βυθιστούν μέχρι να φτάσουν στον πάτο και στο υγρό θα γίνουν ελαφρύτερα από το βάρος του υγρού σε όγκο ίσο με τον όγκο του βυθισμένου σώματος.
Είναι ενδιαφέρον ότι η δύναμη του Αρχιμήδη είναι μηδέν όταν ένα σώμα βυθισμένο σε ένα υγρό είναι πυκνό, με ολόκληρη τη βάση του πιεσμένη στον πυθμένα.
Η ανακάλυψη του βασικού νόμου της υδροστατικής είναι το μεγαλύτερο επίτευγμα της αρχαίας επιστήμης.
2. Διατύπωση και επεξήγηση του νόμου του Αρχιμήδη
Ο νόμος του Αρχιμήδη περιγράφει τη δράση των υγρών και των αερίων σε ένα σώμα που είναι βυθισμένο σε αυτά, και είναι ένας από τους κύριους νόμους της υδροστατικής και της στατικής αερίων.
Ο νόμος του Αρχιμήδη διατυπώνεται ως εξής: μια άνωση δρα σε ένα σώμα βυθισμένο σε ένα υγρό (ή αέριο), ίση με το βάρος του υγρού (ή αερίου) στον όγκο του βυθισμένου μέρους του σώματος - αυτή η δύναμη ονομάζεται η δύναμη του Αρχιμήδη:
,
όπου είναι η πυκνότητα του υγρού (αερίου), είναι η επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης, είναι ο όγκος του βυθισμένου μέρους του σώματος (ή το μέρος του όγκου του σώματος κάτω από την επιφάνεια).
Επομένως, η δύναμη του Αρχιμήδη εξαρτάται μόνο από την πυκνότητα του υγρού στο οποίο είναι βυθισμένο το σώμα και από τον όγκο αυτού του σώματος. Αλλά δεν εξαρτάται, για παράδειγμα, από την πυκνότητα της ουσίας ενός σώματος βυθισμένου σε ένα υγρό, αφού αυτή η ποσότητα δεν περιλαμβάνεται στον προκύπτον τύπο.
Πρέπει να σημειωθεί ότι το σώμα πρέπει να περιβάλλεται πλήρως από το υγρό (ή να τέμνεται με την επιφάνεια του υγρού). Έτσι, για παράδειγμα, ο νόμος του Αρχιμήδη δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε έναν κύβο που βρίσκεται στο κάτω μέρος της δεξαμενής, αγγίζοντας ερμητικά τον πυθμένα.
3. Προσδιορισμός της δύναμης του Αρχιμήδη
Η δύναμη με την οποία ωθείται ένα σώμα σε ένα υγρό από αυτό μπορεί να προσδιοριστεί πειραματικά χρησιμοποιώντας αυτήν τη συσκευή:
Κρεμάμε ένα μικρό κουβά και ένα κυλινδρικό σώμα σε ένα ελατήριο στερεωμένο σε τρίποδο. Σημειώνουμε το τέντωμα του ελατηρίου με ένα βέλος σε τρίποδο, δείχνοντας το βάρος του σώματος στον αέρα. Ανυψώνοντας το σώμα, αντικαθιστούμε ένα ποτήρι με ένα σωλήνα αποστράγγισης κάτω από αυτό, γεμάτο με υγρό μέχρι το επίπεδο του σωλήνα αποστράγγισης. Στη συνέχεια ολόκληρο το σώμα βυθίζεται στο υγρό. Σε αυτή την περίπτωση, ένα μέρος του υγρού, ο όγκος του οποίου είναι ίσος με τον όγκο του σώματος, χύνεται από το δοχείο έκχυσης σε ένα ποτήρι. Ο δείκτης του ελατηρίου ανεβαίνει, το ελατήριο συστέλλεται, υποδηλώνοντας μείωση του βάρους του σώματος στο υγρό. Σε αυτή την περίπτωση, μαζί με τη δύναμη της βαρύτητας, το σώμα επηρεάζεται και από μια δύναμη που το σπρώχνει έξω από το ρευστό. Εάν ρίξετε υγρό από το ποτήρι στον κάδο (δηλαδή αυτό που μετατοπίστηκε από το σώμα), τότε ο δείκτης του ελατηρίου θα επιστρέψει στην αρχική του θέση.
Με βάση αυτή την εμπειρία, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η δύναμη που ωθεί προς τα έξω ένα σώμα που είναι πλήρως βυθισμένο σε ένα υγρό είναι ίση με το βάρος του υγρού στον όγκο αυτού του σώματος. Η εξάρτηση της πίεσης σε ένα υγρό (αέριο) από το βάθος βύθισης ενός σώματος οδηγεί στην εμφάνιση μιας άνωσης δύναμης (δύναμη Αρχιμήδη) που ενεργεί σε οποιοδήποτε σώμα βυθισμένο σε υγρό ή αέριο. Το σώμα κινείται προς τα κάτω υπό την επίδραση της βαρύτητας. Η δύναμη του Αρχιμήδη κατευθύνεται πάντα αντίθετα από τη βαρύτητα, επομένως το βάρος ενός σώματος σε υγρό ή αέριο είναι πάντα μικρότερο από το βάρος αυτού του σώματος στο κενό.
Αυτή η εμπειρία επιβεβαιώνει ότι η δύναμη του Αρχιμήδη είναι ίση με το βάρος του υγρού στον όγκο του σώματος.
4. Κατάσταση πλωτών σωμάτων
Δύο δυνάμεις δρουν σε ένα σώμα μέσα σε ένα υγρό: η βαρύτητα, που κατευθύνεται κάθετα προς τα κάτω, και η δύναμη του Αρχιμήδειου, που κατευθύνεται κάθετα προς τα πάνω. Σκεφτείτε τι θα συμβεί στο σώμα κάτω από τη δράση αυτών των δυνάμεων, αν στην αρχή ήταν ακίνητο.
Σε αυτήν την περίπτωση, είναι δυνατές τρεις περιπτώσεις:
1) Αν η δύναμη της βαρύτητας είναι μεγαλύτερη από την Αρχιμήδεια, τότε το σώμα βυθίζεται, δηλαδή βυθίζεται:
, τότε το σώμα βυθίζεται.
2) Αν το μέτρο βαρύτητας είναι ίσο με το μέτρο της Αρχιμήδειας δύναμης, τότε το σώμα μπορεί να βρίσκεται σε ισορροπία μέσα στο ρευστό σε οποιοδήποτε βάθος:
, τότε το σώμα επιπλέει.
3) Εάν η δύναμη του Αρχιμήδειου είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη της βαρύτητας, τότε το σώμα θα σηκωθεί από το υγρό - επιπλέει:
, τότε το σώμα επιπλέει.
Εάν το επιπλέον σώμα προεξέχει μερικώς πάνω από την επιφάνεια του υγρού, τότε ο όγκος του βυθισμένου τμήματος του πλωτού σώματος είναι τέτοιος ώστε το βάρος του μετατοπισμένου υγρού να είναι ίσο με το βάρος του πλωτού σώματος.
Η δύναμη του Αρχιμήδειου είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη της βαρύτητας εάν η πυκνότητα του υγρού είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα του σώματος που είναι βυθισμένο στο υγρό, εάν
1) \u003d - το σώμα επιπλέει σε υγρό ή αέριο, 2) >βυθίζει το σώμα 3) < — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.
Αυτές οι αρχές της σχέσης μεταξύ της βαρύτητας και της δύναμης του Αρχιμήδη είναι που χρησιμοποιούνται στη ναυπηγική. Ωστόσο, τεράστια ποτάμια και θαλάσσια σκάφη από χάλυβα, η πυκνότητα των οποίων είναι σχεδόν 8 φορές μεγαλύτερη από την πυκνότητα του νερού, διατηρούνται στο νερό. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι μόνο ένα σχετικά λεπτό κύτος πλοίου είναι κατασκευασμένο από χάλυβα και το μεγαλύτερο μέρος του όγκου του καταλαμβάνεται από τον αέρα. Σε αυτή την περίπτωση, η μέση τιμή της πυκνότητας του πλοίου αποδεικνύεται πολύ μικρότερη από την πυκνότητα του νερού. επομένως, όχι μόνο δεν βυθίζεται, αλλά μπορεί επίσης να πάρει μεγάλη ποσότητα φορτίου για μεταφορά. Τα πλοία που επιπλέουν σε ποτάμια, λίμνες, θάλασσες και ωκεανούς είναι κατασκευασμένα από διαφορετικά υλικά με διαφορετικές πυκνότητες. Το κύτος των πλοίων είναι συνήθως κατασκευασμένο από χαλύβδινα φύλλα. Όλοι οι εσωτερικοί συνδετήρες που δίνουν αντοχή στα πλοία είναι επίσης κατασκευασμένοι από μέταλλα. Για την κατασκευή πλοίων χρησιμοποιούνται διαφορετικά υλικά, με μεγαλύτερη και μικρότερη πυκνότητα σε σχέση με το νερό. Το βάρος του νερού που εκτοπίζεται από το υποβρύχιο τμήμα του πλοίου είναι ίσο με το βάρος του πλοίου με φορτίο στον αέρα ή τη δύναμη της βαρύτητας που ασκεί το πλοίο με φορτίο.
Για την αεροναυπηγική, χρησιμοποιήθηκαν αρχικά μπαλόνια, τα οποία προηγουμένως γεμίζονταν με θερμαινόμενο αέρα, τώρα με υδρογόνο ή ήλιο. Για να ανέβει η μπάλα στον αέρα, είναι απαραίτητο η Αρχιμήδεια (πλευστική) δύναμη που ενεργεί στην μπάλα να είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη της βαρύτητας.
5. Διεξαγωγή πειράματος
Διερευνήστε τη συμπεριφορά ενός ωμού αυγού σε υγρά διαφόρων ειδών.
Εργασία: να αποδείξετε ότι η τιμή της άνωσης εξαρτάται από την πυκνότητα του υγρού.
Πήρα ένα ωμό αυγό και υγρά διαφόρων ειδών (Παράρτημα 1):
Το νερό είναι καθαρό.
Νερό κορεσμένο με αλάτι.
Ηλιέλαιο.
Πρώτα, κατέβασα το ωμό αυγό σε καθαρό νερό - το αυγό πνίγηκε - "πήγε στον πάτο" (Παράρτημα 2). Στη συνέχεια πρόσθεσα μια κουταλιά της σούπας επιτραπέζιο αλάτι σε ένα ποτήρι καθαρό νερό, με αποτέλεσμα το αυγό να επιπλέει (Παράρτημα 3). Και τέλος, κατέβασα το αυγό σε ένα ποτήρι με ηλιέλαιο - το αυγό βυθίστηκε στον πάτο (Παράρτημα 4).
Συμπέρασμα: στην πρώτη περίπτωση, η πυκνότητα του αυγού είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα του νερού, και επομένως το αυγό βυθίστηκε. Στη δεύτερη περίπτωση, η πυκνότητα του αλμυρού νερού είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα του αυγού, οπότε το αυγό επιπλέει στο υγρό. Στην τρίτη περίπτωση, η πυκνότητα του αυγού είναι επίσης μεγαλύτερη από την πυκνότητα του ηλιελαίου, οπότε το αυγό βυθίστηκε. Επομένως, όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα του υγρού, τόσο μικρότερη είναι η δύναμη της βαρύτητας.
2. Η δράση της Αρχιμήδειας δύναμης στο ανθρώπινο σώμα στο νερό.
Προσδιορίστε από την εμπειρία την πυκνότητα του ανθρώπινου σώματος, συγκρίνετε με την πυκνότητα του γλυκού και θαλασσινού νερού και βγάλτε ένα συμπέρασμα σχετικά με τη θεμελιώδη δυνατότητα ενός ατόμου να κολυμπήσει.
Υπολογίστε το βάρος ενός ατόμου στον αέρα, την Αρχιμήδεια δύναμη που ενεργεί σε ένα άτομο στο νερό.
Πρώτα, χρησιμοποίησα μια ζυγαριά για να μετρήσω το σωματικό μου βάρος. Μετά μέτρησε τον όγκο του σώματος (χωρίς τον όγκο του κεφαλιού). Για να γίνει αυτό, έριξα αρκετό νερό στο μπάνιο, έτσι ώστε όταν βυθιζόμουν στο νερό, να ήμουν εντελώς στο νερό (εκτός από το κεφάλι). Στη συνέχεια, με τη βοήθεια μιας ταινίας εκατοστών, σημείωσα από την επάνω άκρη του λουτρού την απόσταση μέχρι τη στάθμη του νερού ℓ 1, και στη συνέχεια - όταν βυθιστεί στο νερό ℓ 2. Μετά από αυτό, χρησιμοποιώντας ένα προ-βαθμονομημένο βάζο τριών λίτρων, άρχισα να ρίχνω νερό στο λουτρό από το επίπεδο ℓ 1 έως το επίπεδο ℓ 2 - έτσι μέτρησα τον όγκο του νερού που μετατοπίστηκε από εμένα (Παράρτημα 5). Υπολόγισα την πυκνότητα χρησιμοποιώντας τον τύπο:
Η δύναμη της βαρύτητας που ενεργεί σε ένα σώμα στον αέρα υπολογίστηκε με τον τύπο: , πού είναι η επιτάχυνση ελεύθερης πτώσης ≈ 10 . Η τιμή της δύναμης άνωσης υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας τον τύπο που περιγράφεται στην παράγραφο 2.
Συμπέρασμα: Το ανθρώπινο σώμα είναι πιο πυκνό από το γλυκό νερό, που σημαίνει ότι βυθίζεται σε αυτό. Είναι πιο εύκολο για ένα άτομο να κολυμπήσει στη θάλασσα παρά σε ένα ποτάμι, αφού η πυκνότητα του θαλασσινού νερού είναι μεγαλύτερη και επομένως η τιμή της άνωσης είναι μεγαλύτερη.
συμπέρασμα
Στη διαδικασία εργασίας σε αυτό το θέμα, μάθαμε πολλά νέα και ενδιαφέροντα πράγματα για τον εαυτό μας. Ο κύκλος της γνώσης μας έχει αυξηθεί όχι μόνο στο πεδίο δράσης της δύναμης του Αρχιμήδη, αλλά και στην εφαρμογή της στη ζωή. Πριν ξεκινήσουμε την εργασία, είχαμε μια πολύ λεπτομερή ιδέα για το. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, επιβεβαιώσαμε πειραματικά την εγκυρότητα του νόμου του Αρχιμήδη και ανακαλύψαμε ότι η άνωση εξαρτάται από τον όγκο του σώματος και την πυκνότητα του υγρού, όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα του υγρού, τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη του Αρχιμήδη. Η δύναμη που προκύπτει, η οποία καθορίζει τη συμπεριφορά ενός σώματος σε ένα ρευστό, εξαρτάται από τη μάζα, τον όγκο του σώματος και την πυκνότητα του ρευστού.
Εκτός από τα πειράματα που έγιναν, μελετήθηκε επιπλέον βιβλιογραφία για την ανακάλυψη της δύναμης του Αρχιμήδη, για την πλοήγηση των σωμάτων και την αεροναυπηγική.
Ο καθένας από εσάς μπορεί να κάνει εκπληκτικές ανακαλύψεις και για αυτό δεν χρειάζεται να έχετε ειδικές γνώσεις ή ισχυρό εξοπλισμό. Απλά πρέπει να ρίξετε μια πιο προσεκτική ματιά στον κόσμο γύρω μας, να είστε λίγο πιο ανεξάρτητοι στις κρίσεις σας και οι ανακαλύψεις δεν θα σας κρατήσουν σε αναμονή. Η απροθυμία των περισσότερων ανθρώπων να μάθουν για τον κόσμο γύρω τους αφήνει πολύ χώρο για τους περίεργους στα πιο απροσδόκητα μέρη.
Βιβλιογραφία
1. Μεγάλο βιβλίο πειραμάτων για μαθητές - Μ.: Ρόσμεν, 2009. - 264 σελ.
2. Βικιπαίδεια: https://ru.wikipedia.org/wiki/Law_Archimedes.
3. Perelman Ya.I. Διασκεδαστική φυσική. - βιβλίο 1. - Yekaterinburg .: Thesis, 1994.
4. Perelman Ya.I. Διασκεδαστική φυσική. - βιβλίο 2. - Ekaterinburg .: Thesis, 1994.
5. Peryshkin A.V. Φυσική: τάξη 7: ένα εγχειρίδιο για εκπαιδευτικά ιδρύματα / A.V. Peryshkin. - 16η έκδ., στερεότυπο. - M.: Bustard, 2013. - 192 σελ.: ill.
Παράρτημα 1
Παράρτημα 2
Παράρτημα 3
Παράρτημα 4
ακαδημαϊκό έτος
Θέμα μαθήματος: Αρχιμήδειος δύναμη.
Νόμος του Αρχιμήδη
Στόχοιμάθημα:
εκπαιδευτικό: οανίχνευση της παρουσίας μιας δύναμης που ωθεί το σώμα έξω από το υγρό.
ανάπτυξη:διδάσκουν να εφαρμόζουν το νόμο του Αρχιμήδη.
εκπαιδευτικός: να διαμορφώσει διανοητικές δεξιότητες για ανάλυση, σύγκριση, συστηματοποίηση της γνώσης. Ενσταλάξτε στους μαθητές το ενδιαφέρον για την επιστήμη.
Είδος μαθήματος: μάθημα αφομοίωσης νέας γνώσης.
Εξοπλισμός (για δάσκαλο): τρίποδο, γυάλινο δοχείο με τρύπα για να βγαίνει νερό, δυναμόμετρο, σετ βαρών, ποτήρι
για τους μαθητές:δυναμόμετρο, κλωστή, σετ βαρών, δοχεία με νερό, πλαστελίνη, μπάλα.
Επίδειξη:εμπειρία σύμφωνα με το Σχ. 139 του σχολικού βιβλίου, ένα ξύλινο μπλοκ, μια μπάλα, ένα δοχείο με νερό.
κίνησημάθημα
1. Οργανωτική στιγμή.
Μήνυμα σχετικά με τους στόχους του μαθήματος.
2.Ενημέρωση γνώσεων.
Απάντησε στις ερωτήσεις:
1. Πώς διατυπώνεται ο νόμος του Pascal;
2. Πώς υπολογίζεται η πίεση του υγρού στον πυθμένα και τα τοιχώματα του δοχείου;
3. Προετοιμασία για την αφομοίωση νέου υλικού.
Δήλωση εκπαιδευτικών προβλημάτων:
α/ Δρα ένα υγρό σε σώμα που είναι βυθισμένο σε αυτό;
β/ Δρα πάντα ένα υγρό σε βυθισμένο σώμα;
γ/ πώς εξηγείται θεωρητικά αυτή η δράση ενός υγρού σε ένα σώμα βυθισμένο σε αυτό;
Ας στραφούμε στην εμπειρία. Κατεβάζουμε ένα ξύλινο μπλοκ στο νερό. Το μπλοκ επιπλέει στην επιφάνεια του νερού. Γιατί ένα ξύλινο μπλοκ επιπλέει στο νερό;
Χαμηλώνουμε τη μπάλα στο νερό και αφαιρούμε το χέρι μας. Η μπάλα αναπηδά στην επιφάνεια του νερού. Γιατί η μπάλα πετάει έξω από το νερό;
Μια άνωση δρα σε βυθισμένα σώματα στο νερό.
Ένα υγρό δρα πάντα σε ένα βυθισμένο σώμα; Ένας μεταλλικός κύλινδρος βυθισμένος σε νεροχύτες νερού. Είναι αισθητή η επίδραση του νερού σε αυτό το σώμα;
4. Εξήγησηνέοςυλικό:
Ας κάνουμε ένα πείραμα. Κρεμάστε τον κύλινδρο σε ένα δυναμόμετρο και παρατηρήστε το τέντωμα του ελατηρίου στον αέρα και μετά στο νερό.
1. Εμπειρία ανίχνευσης άνωσης:
1. Προσδιορίστε το βάρος του φορτίου στον αέρα P1.
2. Προσδιορίστε το βάρος του φορτίου σε νερό P2.
3.Συγκρίνετε τα αποτελέσματα της μέτρησης και βγάλτε συμπέρασμα.
Συμπέρασμα:Το σωματικό βάρος σε νερό είναι μικρότερο από το σωματικό βάρος στον αέρα: P1 > P2.
Γιατί το σωματικό βάρος στο νερό είναι μικρότερο από το σωματικό βάρος στον αέρα;
Απάντηση: το υγρό δρα σε οποιοδήποτε σώμα βυθιστεί σε αυτό. Αυτή η δύναμη κατευθύνεται κάθετα προς τα πάνω.
- Και πώς μπορείτε να βρείτε το μέγεθος της άνωσης;
Απάντηση:το βάρος του σώματος στον αέρα πρέπει να αφαιρεθεί από το βάρος του σώματος στο νερό.
Καταλήξαμε στο εξής συμπέρασμα. Δύο δυνάμεις ενεργούν σε ένα σώμα βυθισμένο σε ένα υγρό: η μία δύναμη είναι η βαρύτητα, που κατευθύνεται προς τα κάτω, η άλλη ωθεί, κατευθύνεται προς τα πάνω.
https://pandia.ru/text/78/176/images/image003_168.gif" width="12" height="75"> 2
Σήμερα θα μελετήσουμε την άνωση που ασκεί σε σώματα βυθισμένα σε υγρό. Ας μάθουμε από ποιους παράγοντες εξαρτάται αυτή η δύναμη. Ας μάθουμε πώς να υπολογίσουμε αυτή τη δύναμη. Ονομάζεται δραστήριος,ή αρχιμηδείοςδύναμη προς τιμήν του αρχαίου Έλληνα επιστήμονα Αρχιμήδη, ο οποίος πρώτος επισήμανε την ύπαρξή του και υπολόγισε την αξία του.
Αρχιμήδης (287-212 π.Χ.) -
Αρχαίος Έλληνας επιστήμονας, φυσικός και μαθηματικός. Καθιέρωσε τον κανόνα του μοχλού, ανακάλυψε τον νόμο της υδροστατικής. Στο τέλος της εξέλιξης του μαθήματος επισυνάπτεται υλικό για τον Αρχιμήδη.
5. Εργαστείτε σε ομάδες.
Από τι εξαρτάται η δύναμη του Αρχιμήδειου;
Για να απαντήσουμε σε αυτή την ερώτηση, θα εργαστούμε σε ομάδες. Κάθε ομάδα λαμβάνει μια εργασία και απαντά στην ερώτηση.
Ανάθεση στην πρώτη ομάδα
Προσδιορίστε την εξάρτηση της δύναμης του Αρχιμήδειου από την πυκνότητα του σώματος.
Εξοπλισμός:ένα δοχείο με νερό, ένα δυναμόμετρο, σώματα ίδιου όγκου και διαφορετικής πυκνότητας (κύλινδροι αλουμινίου και χαλκού), ένα νήμα.
1. Προσδιορίστε το βάρος του κυλίνδρου αλουμινίου στον αέρα. P1= …….. H
2. Προσδιορίστε το βάρος του κυλίνδρου αλουμινίου σε νερό. P2= ......... Ν
3. Βρείτε την Αρχιμήδεια δύναμη που ασκείται στον κύλινδρο αλουμινίου. P1 - P2=………. H
4. Προσδιορίστε το βάρος του χάλκινου κυλίνδρου στον αέρα. P3=………. H
5. Προσδιορίστε το βάρος του χάλκινου κυλίνδρου σε νερό. P4= ………Η
6. Βρείτε την Αρχιμήδεια δύναμη που ασκεί ο χάλκινος κύλινδρος. P3 - P4 = ……..N
7. Βγάλτε ένα συμπέρασμα για εξαρτήσεις (ανεξαρτησία)Αρχιμήδεια δύναμη στην πυκνότητα του σώματος.
Απάντηση: Αρχιμήδεια δύναμη ……………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… από την πυκνότητα του σώματος.
Ανάθεση στη δεύτερη ομάδα
Προσδιορίστε την εξάρτηση της Αρχιμήδειας δύναμης από τον όγκο του σώματος.
Εξοπλισμός:ένα δοχείο με νερό, σώματα διαφορετικών όγκων (κύλινδροι αλουμινίου), ένα δυναμόμετρο, ένα νήμα.
1. Προσδιορίστε το βάρος του μεγάλου κυλίνδρου στον αέρα. P1= H
2. Προσδιορίστε το βάρος του μεγάλου κυλίνδρου σε νερό. P2= H
3. Βρείτε την Αρχιμήδεια δύναμη που ασκεί ο μεγάλος κύλινδρος. Р1 –Р2= Н
4. Προσδιορίστε το βάρος του μικρού κυλίνδρου στον αέρα. P3= H
5. Προσδιορίστε το βάρος του μικρού κυλίνδρου σε νερό. P4= H
6. Βρείτε την Αρχιμήδεια δύναμη που ενεργεί σε έναν μικρό κύλινδρο. Р3 –Р4= Η
7. Βγάλτε ένα συμπέρασμα για εξαρτήσεις (ανεξαρτησία) της Αρχιμήδειας δύναμης στον όγκο του σώματος.
Απάντηση: Αρχιμήδεια δύναμη …………………………………… στον όγκο του σώματος.
Ανάθεση στην τρίτη ομάδα
Προσδιορίστε την εξάρτηση της Αρχιμήδειας δύναμης από την πυκνότητα του υγρού.
Εξοπλισμός:δυναμόμετρο, νήμα, δοχεία με γλυκό νερό και αλμυρό νερό, μπάλα.
1. Προσδιορίστε το βάρος της μπάλας στον αέρα. P1= H
2. Προσδιορίστε το βάρος της μπάλας σε γλυκό νερό. P2= H
3. Βρείτε την Αρχιμήδεια δύναμη που ενεργεί στην μπάλα σε γλυκό νερό. P1 - P2 = H
4. Προσδιορίστε το βάρος της μπάλας στον αέρα. P1= H
5. Προσδιορίστε το βάρος της μπάλας σε αλατόνερο. P3= H
6. Βρείτε την Αρχιμήδεια δύναμη που ασκεί η μπάλα στο αλμυρό νερό. P1-P2 = H
7. Βγάλτε ένα συμπέρασμα για εξαρτήσεις (ανεξαρτησία) της Αρχιμήδειας δύναμης στην πυκνότητα του υγρού.
Απάντηση: Αρχιμήδεια δύναμη ……………………………………… στην πυκνότητα του υγρού.
Εργασία για την τέταρτη ομάδα
Προσδιορίστε την εξάρτηση της δύναμης του Αρχιμήδη από το βάθος βύθισης.
Εξοπλισμός:δυναμόμετρο, νήμα, ποτήρι με νερό, κύλινδρος αλουμινίου.
1. Προσδιορίστε το βάρος του κυλίνδρου αλουμινίου στον αέρα. P1= H
2. Προσδιορίστε το βάρος του κυλίνδρου αλουμινίου σε νερό σε βάθος 5 εκ. P2= H
3. Βρείτε την Αρχιμήδεια δύναμη που ενεργεί σε έναν κύλινδρο αλουμινίου στο νερό.
P1 - P2 = H
4. Προσδιορίστε το βάρος του κυλίνδρου αλουμινίου στον αέρα. P1= H
5. Προσδιορίστε το βάρος του κυλίνδρου αλουμινίου σε νερό σε βάθος 10 εκ. P3 = H
6. Βρείτε την Αρχιμήδεια δύναμη που ασκεί ο κύλινδρος αλουμινίου στη δεύτερη περίπτωση.
P1 - P3 \u003d H
7. Βγάλτε ένα συμπέρασμα για εξαρτήσεις (ανεξαρτησία) της Αρχιμήδειας δύναμης στο βάθος βύθισης του σώματος.
Απάντηση: Αρχιμήδεια δύναμη …………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………….
Ανάθεση στην πέμπτη ομάδα
Προσδιορίστε την εξάρτηση της Αρχιμήδειας δύναμης από το σχήμα του σώματος.
Εξοπλισμός:δυναμόμετρο, κλωστή, ένα δοχείο με νερό, ένα κομμάτι πλαστελίνη.
1. Δώστε σε ένα κομμάτι πλαστελίνη σχήμα κύβου.
2. Προσδιορίστε το βάρος της πλαστελίνης στον αέρα. P1= H
3. Προσδιορίστε το βάρος της πλαστελίνης στο νερό. P2 = H
4. Βρείτε την Αρχιμήδεια δύναμη που ενεργεί σε ένα κομμάτι πλαστελίνης. P1 - P2 = H
5. Δώστε σε ένα κομμάτι πλαστελίνη σχήμα μπάλας.
6. Προσδιορίστε το βάρος της πλαστελίνης στον αέρα. P3= H
7. Προσδιορίστε το βάρος της πλαστελίνης στο νερό. P4= H
8. Βρείτε την Αρχιμήδεια δύναμη που ενεργεί σε ένα κομμάτι πλαστελίνης. P3-P4= H
9. Συγκρίνετε αυτές τις δυνάμεις και βγάλτε ένα συμπέρασμα σχετικά εξαρτήσεις (ανεξαρτησία) της Αρχιμήδειας δύναμης στο σχήμα του σώματος.
Απάντηση: Αρχιμήδεια δύναμη ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Μετά τη λήψη των αποτελεσμάτων, κάθε ομάδα αναφέρει προφορικά την εργασία της και αναφέρει τα ευρήματά της. Τα συμπεράσματα γράφονται από τους μαθητές σε σημειωματάρια και από τον δάσκαλο - στον πίνακα με τη μορφή πίνακα:
Αρχιμήδειος δύναμη
Δεν εξαρτάται από:
εξαρτάται από:
1) σχήμα σώματος?
2) πυκνότητα σώματος
3) βάθος βύθισης.
1) όγκος σώματος.
2) την πυκνότητα του υγρού.
Μάθαμε ότι η δύναμη του Αρχιμήδη εξαρτάται από τον όγκο του σώματος και την πυκνότητα του υγρού. Πώς να εξηγήσετε θεωρητικά την επίδραση ενός υγρού σε ένα σώμα βυθισμένο σε αυτό. Τα πειράματα δείχνουν ότι η δράση του υγρού κατευθύνεται προς τα πάνω.
Η τιμή της δύναμης άνωσης μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας το όργανο που έχετε μπροστά σας.
Η συσκευή ονομάζεται «κουβάς του Αρχιμήδη». Αυτό είναι ένα ελατήριο με ένα δείκτη, μια ζυγαριά, έναν κουβά, έναν κύλινδρο του ίδιου όγκου, ένα δοχείο έκχυσης, ένα ποτήρι.
Εδώ το ελατήριο λειτουργεί ως δυναμόμετρο.
1. Δείξτε ότι ο όγκος του κάδου είναι ίσος με τον όγκο του κυλίνδρου.
2. Ρίξτε νερό στο δοχείο αποστράγγισης ακριβώς πάνω από το επίπεδο του σωλήνα αποστράγγισης. Το υπερβολικό νερό θα χυθεί στο ποτήρι. Στραγγίζουμε το νερό.
3. Ας κρεμάσουμε τον κουβά στο ελατήριο, και σε αυτό - τον κύλινδρο. Σημειώνουμε το τέντωμα του ελατηρίου με τη βοήθεια ενός δείκτη. Το βέλος δείχνει το βάρος του σώματος στον αέρα.
4. Έχοντας σηκώσει το σώμα, αντικαθιστούμε ένα δοχείο έκχυσης κάτω από αυτό. Μετά τη βύθιση στο δοχείο έκχυσης, μέρος του νερού θα χυθεί στο ποτήρι. Ο δείκτης του ελατηρίου θα μετακινηθεί προς τα πάνω και το ελατήριο θα συστέλλεται, υποδηλώνοντας μείωση του βάρους του σώματος στο υγρό.
Γιατί η άνοιξη συρρικνώνεται;
Σε αυτή την περίπτωση, εκτός από τη βαρύτητα, το σώμα επηρεάζεται και από τη δύναμη που το σπρώχνει έξω από το υγρό.
Προς ποια κατεύθυνση κατευθύνεται η άνωση;
Η δύναμη άνωσης κατευθύνεται προς τα πάνω.
5. Ρίξτε νερό από ένα ποτήρι σε έναν κουβά.
Δώστε προσοχή στην ένδειξη ελατηρίου. Πού σταμάτησε η ένδειξη ελατηρίου αφού ρίξαμε νερό από ένα ποτήρι σε έναν κουβά;
Ο δείκτης επέστρεψε στην αρχική του θέση.
Γιατί ο δείκτης του ελατηρίου επέστρεψε στην προηγούμενη θέση του;
Εκτός από τη βαρύτητα και την άνωση, το ελατήριο επηρεάζεται από το βάρος του νερού στον κάδο.
Το βάρος του νερού είναι ίσο με την άνωση.
Παρατηρήστε πόσο νερό βγήκε.
Πλήρης κάδος.
Συγκρίνετε τον όγκο του νερού που χύνεται στον κάδο και τον όγκο του κυλίνδρου.
Ειναι ιδιοι.
Με βάση αυτή την εμπειρία, συμπεραίνουμε: η άνωση είναι ίση με το βάρος του ρευστού που μετατοπίζεται από το σώμα.
6. Διατυπώνεται ο νόμος του Αρχιμήδη: σε ένα σώμα βυθισμένο σε υγρό δρα μια άνωση δύναμη, ίση σε μέγεθος με το βάρος του υγρού που μετατοπίζεται από το σώμα.
Με βάση αυτή την εμπειρία, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η δύναμη που σπρώχνει προς τα έξω ένα σώμα πλήρως βυθισμένο σε ένα υγρό είναι ίση με το βάρος του υγρού στον όγκο αυτού του σώματος.
Αν γινόταν ένα παρόμοιο πείραμα με ένα σώμα βυθισμένο σε αέριο, θα το έδειχνε αυτό δύναμη, Η ώθηση του σώματος έξω από το αέριο είναι επίσης ίση με το βάρος του αερίου που λαμβάνεται στον όγκο του σώματος.
Έτσι, η εμπειρία έχει επιβεβαιώσει ότι η Αρχιμήδεια (ή άνωση) δύναμη είναι ίση με το βάρος του ρευστού στον όγκο του σώματος, δηλαδή FA=РЖ= g m zh.
Η μάζα του υγρού m f, που εκτοπίζεται από το σώμα, μπορεί να εκφραστεί ως προς την πυκνότητά του (ρ f) και τον όγκο του σώματος (Vt) που βυθίζεται στο υγρό (καθώς Vl - ο όγκος του υγρού που μετατοπίζεται από το σώμα είναι ίσο με Vt - ο όγκος του σώματος που βυθίζεται στο υγρό, Vl = Vt), t δηλ. mzh = ρzhVt.
Τότε παίρνουμε FA =gρzhVt.
Όπως διαπιστώθηκε, η δύναμη του Αρχιμήδη εξαρτάται από την πυκνότητα του υγρού στο οποίο είναι βυθισμένο το σώμα και από τον όγκο αυτού του σώματος. Αλλά δεν εξαρτάται, για παράδειγμα, από την πυκνότητα της ουσίας ενός σώματος βυθισμένου σε ένα υγρό, αφού αυτή η ποσότητα δεν περιλαμβάνεται στον προκύπτον τύπο.
Ας προσδιορίσουμε τώρα το βάρος ενός σώματος βυθισμένου σε υγρό (ή αέριο). Δεδομένου ότι οι δύο δυνάμεις που δρουν στο σώμα σε αυτή την περίπτωση κατευθύνονται σε αντίθετες κατευθύνσεις (η βαρύτητα είναι προς τα κάτω και η δύναμη του Αρχιμήδειου είναι επάνω), τότε το βάρος του σώματος στο ρευστό P1 θα είναι μικρότερο από το βάρος του σώματος στο κενό P = g m (m είναι η μάζα του σώματος) από την Αρχιμήδεια δύναμη FA \u003d g m f (m f είναι η μάζα του ρευστού που μετατοπίζεται από το σώμα) δηλ. P1 \u003d P - FA ή P1 \u003d g m - g m f.
Έτσι, εάν ένα σώμα βυθιστεί σε ένα υγρό (ή αέριο), τότε χάνει τόσο από το βάρος του όσο ζυγίζει το υγρό (ή αέριο) που εκτοπίζεται από αυτό.
Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι κατά τον υπολογισμό της δύναμης του Αρχιμήδη, το V νοείται μόνο ως εκείνο το μέρος του όγκου του σώματος που βρίσκεται πλήρως στο υγρό.
Αυτό μπορεί να είναι μέρος του όγκου του σώματος (αν επιπλέει στην επιφάνεια, όχι εντελώς βυθισμένο) και ολόκληρου του όγκου (αν το σώμα πνίγηκε).
Στο σχήμα 2, αυτός ο όγκος είναι σκιασμένος.
https://pandia.ru/text/78/176/images/image007_112.gif" width="673" height="348 src=">
Ο νόμος του Αρχιμήδη μπορεί να ληφθεί μαθηματικά.
Για να εξηγήσουμε, χρησιμοποιούμε την ιδέα της πίεσης ενός υγρού σε ένα σώμα. Πίεση στο εσωτερικό του υγρού: p=gρzhh. Εξετάστε το σχήμα 3. Υπάρχει ένα παραλληλεπίπεδο στο υγρό. Εάν η επάνω όψη βρίσκεται στο βάθος h1 και η κάτω όψη είναι στο βάθος h2, τότε р2 >р1. Η πίεση στις πλευρικές όψεις αντισταθμίζεται, αφού, σύμφωνα με το νόμο του Pascal, (στις πλευρικές όψεις) η πίεση στο ίδιο επίπεδο είναι η ίδια προς όλες τις κατευθύνσεις.
https://pandia.ru/text/78/176/images/image009_99.gif" width="673" height="298">
Συμπέρασμα:η αποβολή του σώματος συμβαίνει ως αποτέλεσμα της δράσης διαφορετικών πιέσεων στο κάτω και στο άνω πρόσωπο:
Κάτω > Επάνω.
Βρίσκουμε τις δυνάμεις με τις οποίες δρα το ρευστό στην άνω και κάτω όψη του παραλληλεπιπέδου.
F1=p1S= gρzh h1.
F2=p2S= gρzh h2.
F2 - F1=gρЖ h2- gρЖh1=gρЖ (h2 –h1).
Εφόσον (h2 –h1)= h είναι το ύψος του παραλληλεπιπέδου, τότε Sh=V είναι ο όγκος του παραλληλεπίπεδου. Ως αποτέλεσμα, F2 - F1 =gρЖV.
Τέλος: FA = gρzhV.
Τι είναι το gρzhV; Σύμφωνα με τον τύπο, αυτό είναι το βάρος του υγρού που μετατοπίζεται από αυτά τα σώματα.
5. Ένα παράδειγμα επίλυσης προβλήματος
Προσδιορίστε τη δύναμη άνωσης που ενεργεί στο θαλασσινό νερό σε μια πέτρα με όγκο 1,6 m3.
Δίνεται: Λύση:
https://pandia.ru/text/78/176/images/image010_85.gif" width="2 height=86" height="86">V= 1,6 m3 FA =gρzhV. FA=9,8 m /kg 1030 kg /m3 1,6 m3 = N ≈ 16,5 kN.
ρzh =1030 kg/m3
DIV_ADBLOCK800">
18. Δύο χαλύβδινοι κύλινδροι ίδιας μάζας αιωρούνται από τη δοκό ισορροπίας. Θα διαταραχθεί η ισορροπία της ζυγαριάς εάν ο ένας κύλινδρος είναι βυθισμένος σε νερό και ο δεύτερος κύλινδρος βυθιστεί σε κηροζίνη. Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3 και η πυκνότητα της κηροζίνης είναι 800 kg/m3.
7. Εργαστείτε στο βιβλίο.
Επίλυση προβλημάτων από την άσκηση 32 (3.4) του σχολικού βιβλίου.
8. Έλεγχος της αφομοίωσης από τους μαθητές της καλυπτόμενης ύλης.
Οι μαθητές λαμβάνουν κάρτες με εργασίες διαφορετικών επιπέδων δυσκολίας:
Η πρώτη εργασία είναι ο προσδιορισμός της δύναμης άνωσης, η δεύτερη είναι ο προσδιορισμός του όγκου, η τρίτη είναι μια συνδυασμένη.
Κάρτα 1.
2. Ποιος είναι ο όγκος ενός χαλύβδινου κυλίνδρου αν η διαφορά μεταξύ του βάρους του κυλίνδρου σε αέρα και νερό είναι 4 N; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
3. Μια πλάκα γρανίτη διαστάσεων 1,2 x 0,6 x 0,3 m βυθίζεται σε νερό για το ήμισυ του όγκου της. Πόσο ελαφρύτερος είναι ο πίνακας; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
Κάρτα 2.
1. Ο όγκος της μπάλας είναι 0,002 m3. Ποια είναι η άνωση που ασκεί η μπάλα όταν είναι βυθισμένη στο νερό; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
3. Ένας κύλινδρος μολύβδου βάρους 200 g αιωρείται από μια ζυγαριά ελατηρίου. Στη συνέχεια ο κύλινδρος βυθίζεται σε νερό. Ποιες είναι οι ενδείξεις της ζυγαριάς στην πρώτη και στη δεύτερη περίπτωση; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3. πυκνότητα μολύβδου 11300 kg/m3.
Κάρτα 3.
1. Με ποια δύναμη ωθείται από κηροζίνη μια ράβδος φελλού διαστάσεων 4 x 5 x 10 cm; Πυκνότητα 800 kg/m3.
2. Η Αρχιμήδεια δύναμη που ασκεί το τμήμα στο νερό είναι 1000 N. Βρείτε τον όγκο του τμήματος. Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
Κάρτα 4.
1. Ποια είναι η δύναμη άνωσης που ασκεί μια μεταλλική ράβδος όγκου 0,8 dm3 όταν είναι πλήρως βυθισμένη στο νερό; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
2. Η Αρχιμήδεια δύναμη που επενεργεί στη δέσμη στο νερό είναι 1000 N. Να βρείτε τον όγκο του τμήματος. Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
3. Ποια δύναμη πρέπει να ασκηθεί για να διατηρηθεί μια πλάκα γρανίτη στο νερό, στην οποία δρα δύναμη βαρύτητας 27.000 N; Ο όγκος της πλάκας είναι 1 m3. πυκνότητα νερού - 1000 kg/m3.
Κάρτα 5.
1. Ο όγκος της χαλύβδινης ράβδου είναι 6 dm3. Ποια είναι η δύναμη άνωσης που ενεργεί στο μπλοκ; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
2. Η χαλύβδινη πλάκα ζύγιζε 1960 N στον αέρα, μετά τη βύθιση στο νερό η πλάκα άρχισε να ζυγίζει 1708,7 N. Ποιος είναι ο όγκος της χαλύβδινης πλάκας; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
3. Μια ξύλινη μπάλα με πυκνότητα 500 kg/m3 επιπλέει στο νερό. Ποιο μέρος του όγκου της σφαίρας είναι βυθισμένο στο νερό αν η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
9. Συνοψίζοντας το μάθημα.
Σε αυτό το μάθημα, μελετήσαμε την αρχή του Αρχιμήδη. Τι μάθαμε; Πετύχαμε τους στόχους του μαθήματος;
Όσοι ξεχωρίζουν κρίνονται. Ευχαριστώ πολύ για το μάθημα!
10. Εργασία για το σπίτι: § 49, άσκηση 32 (1,2)
§8. Θρύλος του Αρχιμήδη. Σελίδα 163.
Για ικανούς μαθητές, ολοκληρώστε την εργασία 29.
Πρόσθετο υλικό για το μάθημα
Στη σελίδα 106 του βιβλίου «Διασκεδαστική Φυσική» υπάρχουν άρθρα «Αιώνια» μηχανή νερού», «Πώς ανατράφηκε ο Σάντκο; Συνιστώ να διαβάσετε.
Ο Αρχιμήδης και οι εφευρέσεις του.
Αναμφίβολα, ο Αρχιμήδης (περίπου 287-212 π.Χ.) είναι ο πιο λαμπρός επιστήμονας της Αρχαίας Ελλάδας. Κατατάσσεται μαζί με τον Newton, τον Gauss, τον Euler, τον Lobachevsky και άλλους μεγάλους μαθηματικούς όλων των εποχών. Τα έργα του είναι αφιερωμένα όχι μόνο στα μαθηματικά. Έκανε αξιόλογες ανακαλύψεις στη μηχανική, γνώριζε καλά την αστρονομία, την οπτική, την υδραυλική και ήταν πραγματικά ένα θρυλικό πρόσωπο.
Γιος του αστρονόμου Φειδία, ο οποίος έγραψε ένα δοκίμιο για τις διαμέτρους του Ήλιου και της Σελήνης, ο Αρχιμήδης γεννήθηκε και έζησε στην ελληνική πόλη των Συρακουσών της Σικελίας. Ήταν κοντά στην αυλή του βασιλιά Ιέρωνα Β' και του γιου-κληρονόμου του.
Η ιστορία του θυσιαστικού στέμματος του Ιερού είναι γνωστή. Ο Αρχιμήδης έλαβε εντολή να ελέγξει την εντιμότητα του κοσμηματοπώλη και να προσδιορίσει αν το στέμμα ήταν από καθαρό χρυσό ή με ακαθαρσίες άλλων μετάλλων και αν υπήρχαν κενά μέσα του. Μια μέρα, σκεπτόμενος αυτό, ο Αρχιμήδης βυθίστηκε στο λουτρό και παρατήρησε ότι το νερό που μετατοπίστηκε από το σώμα του χύθηκε στην άκρη. Ο λαμπρός επιστήμονας είχε αμέσως μια λαμπρή ιδέα και με μια κραυγή «Εύρηκα, εύρηκα!» αυτός, καθώς ήταν γυμνός, έσπευσε να κάνει το πείραμα.
Η ιδέα του Αρχιμήδη είναι πολύ απλή. Ένα σώμα βυθισμένο στο νερό εκτοπίζει τόσο υγρό όσο και ο όγκος του ίδιου του σώματος. Τοποθετώντας το στέμμα σε ένα κυλινδρικό δοχείο με νερό, μπορείτε να προσδιορίσετε πόσο υγρό θα εκτοπίσει, δηλαδή να μάθετε τον όγκο του. Και, γνωρίζοντας τον όγκο και ζυγίζοντας το στέμμα, είναι εύκολο να υπολογιστεί το ειδικό βάρος. Αυτό θα επιτρέψει να διαπιστωθεί η αλήθεια: τελικά, ο χρυσός είναι πολύ βαρύ μέταλλο και οι ελαφρύτερες ακαθαρσίες, και ειδικά τα κενά, μειώνουν το ειδικό βάρος του προϊόντος.
Όμως ο Αρχιμήδης δεν σταμάτησε εκεί. Στο έργο του «On Floating Bodies», διατύπωσε έναν νόμο που λέει: «Ένα σώμα βυθισμένο σε ένα υγρό χάνει τόσο από το βάρος του όσο το βάρος του εκτοπισμένου υγρού». Ο νόμος του Αρχιμήδη είναι (μαζί με άλλα γεγονότα που ανακαλύφθηκαν αργότερα) η βάση της υδραυλικής - μιας επιστήμης που μελετά τους νόμους της κίνησης και της ισορροπίας των υγρών. Αυτός ο νόμος είναι που εξηγεί γιατί μια χαλύβδινη σφαίρα (χωρίς κενά) βυθίζεται στο νερό, ενώ ένα ξύλινο σώμα επιπλέει. Στην πρώτη περίπτωση, το βάρος του μετατοπισμένου νερού είναι μικρότερο από το βάρος της ίδιας της σφαίρας, δηλαδή η δύναμη «πλεύσης» του Αρχιμήδη είναι ανεπαρκής για να το κρατήσει στην επιφάνεια. Και ένα βαριά φορτωμένο πλοίο, του οποίου η γάστρα είναι κατασκευασμένη από μέταλλο, δεν βυθίζεται, βυθίζοντας μόνο στη λεγόμενη ίσαλο γραμμή. Δεδομένου ότι υπάρχει πολύς χώρος γεμάτος με αέρα μέσα στο κύτος του πλοίου, το μέσο ειδικό βάρος του πλοίου είναι μικρότερο από την πυκνότητα του νερού και η δύναμη άνωσης το κρατά στην επιφάνεια. Η αρχή του Αρχιμήδη εξηγεί επίσης γιατί ένα μπαλόνι γεμάτο με ζεστό αέρα ή ένα αέριο που είναι ελαφρύτερο από τον αέρα (υδρογόνο, ήλιο) πετά προς τα πάνω.
Η γνώση της υδραυλικής επέτρεψε στον Αρχιμήδη να εφεύρει μια βιδωτή αντλία για την άντληση νερού. Μέχρι πρόσφατα, μια τέτοια αντλία (kohl) χρησιμοποιήθηκε σε ισπανικά και μεξικανικά ορυχεία αργύρου.
Από το μάθημα της φυσικής όλοι είναι εξοικειωμένοι με τον Αρχιμήδειο κανόνα του μοχλού. Σύμφωνα με το μύθο, ο επιστήμονας πρόφερε τη φράση: "Δώσε μου μια βάση και θα σηκώσω τη Γη!" . Φυσικά, ο Αρχιμήδης είχε στο μυαλό του τη χρήση μοχλού, αλλά είχε κάπως αυτοπεποίθηση: εκτός από υπομόχλιο, θα χρειαζόταν και έναν απολύτως φανταστικό μοχλό - μια απίστευτα μακρά και ταυτόχρονα άκαμπτη ράβδο.
Αξιόπιστα γεγονότα και πολυάριθμοι θρύλοι δείχνουν ότι ο Αρχιμήδης εφηύρε πολλές ενδιαφέρουσες μηχανές και συσκευές.
Λίστα χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας:
Ανεξάρτητη εργασία στη φυσική.
Διασκεδαστικά πειράματα στη φυσική.
6η τάξη φυσικών προβλημάτων dәreslәr.
Βιβλίο για ανάγνωση στη φυσική.
Συλλογή προβλημάτων φυσικής τάξης 7-8.
Θεματικός και προγραμματισμός μαθημάτων.
Διασκεδαστική φυσική. Βιβλίο 2. (σελ. 106).
Ανάπτυξη Pourochnye στη φυσική.
A. V Postnikov. Έλεγχος των γνώσεων των μαθητών στη φυσική.
Ποιοτικά προβλήματα στη φυσική.
Ανεξάρτητη εργασία μαθητών στη φυσική.
Διδακτική ύλη στη φυσική.
Πρόσθετες εργασίες για το θέμα
Καθήκοντα:
Εργασίες πρώτου επιπέδου πολυπλοκότητας.
Για τον προσδιορισμό της άνωσης δύναμης.
1. Ο όγκος της χαλύβδινης ράβδου είναι 0,2 m3. Ποια είναι η άνωση που ασκεί το μπλοκ όταν βυθίζεται στο νερό; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
2. Ο όγκος της μπάλας είναι 0,002 m3. Ποια είναι η άνωση που ασκεί η μπάλα όταν είναι βυθισμένη στο νερό; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
3. Με ποια δύναμη ωθείται από κηροζίνη μια ράβδος φελλού διαστάσεων 4 x 5 x 10 cm; Πυκνότητα 800 kg/m3.
4. Ποια είναι η δύναμη άνωσης που ασκεί μια μεταλλική ράβδος όγκου 0,8 dm3 όταν είναι πλήρως βυθισμένη στο νερό; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
5. Ο όγκος της χαλύβδινης ράβδου είναι 6 dm3. Ποια είναι η δύναμη άνωσης που ενεργεί στο μπλοκ; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
6. Ένας κύλινδρος όγκου 0,02 m3 κατεβαίνει στο νερό. Βρείτε την Αρχιμήδεια δύναμη. Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
7. Υπολογίστε τη δύναμη άνωσης που ενεργεί σε ένα γρανιτικό τεμάχιο, το οποίο, όταν βυθιστεί πλήρως στο νερό, εκτοπίζει μέρος του. Ο όγκος του εκτοπισμένου νερού είναι 0,8 m3. Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
8. Η πλάκα από οπλισμένο σκυρόδεμα διαστάσεων 3,5 x 1,5 x 0,2 m είναι πλήρως βυθισμένη στο νερό. Υπολογίστε την Αρχιμήδεια δύναμη που ασκεί η πλάκα. Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
Εργασίες δεύτερου επιπέδου πολυπλοκότητας.
Για να προσδιορίσετε την ένταση:
1. Ποιος είναι ο όγκος ενός χαλύβδινου κυλίνδρου αν η διαφορά του βάρους του κυλίνδρου σε αέρα και νερό είναι
4 Ν; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
2. Προσδιορίστε τον όγκο ενός σώματος πλήρως βυθισμένου στο νερό εάν η άνωση που ασκεί σε αυτό είναι 29,4 N. Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
3. Η Αρχιμήδεια δύναμη που ασκεί το τμήμα στο νερό είναι 1000 N. Βρείτε τον όγκο του τμήματος. Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
4. Η Αρχιμήδεια δύναμη που ασκεί η δέσμη στο νερό είναι 1000 N. Βρείτε τον όγκο του τμήματος. Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
5. Η χαλύβδινη πλάκα ζύγιζε 1960 N σε αέρα, μετά τη βύθιση στο νερό η πλάκα άρχισε να ζυγίζει 1708,7 N. Ποιος είναι ο όγκος της χαλύβδινης πλάκας; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
Εργασίες τρίτου επιπέδου.
1. Μια πλάκα γρανίτη διαστάσεων 1,2 x 0,6 x 0,3 m βυθίζεται σε νερό για το ήμισυ του όγκου της. Πόσο ελαφρύτερος είναι ο πίνακας; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
2. Ένας κύλινδρος μολύβδου βάρους 200 g αιωρείται από ζυγό ελατηρίου. Στη συνέχεια ο κύλινδρος βυθίζεται σε νερό. Ποιες είναι οι ενδείξεις της ζυγαριάς στην πρώτη και στη δεύτερη περίπτωση; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3. πυκνότητα μολύβδου 11300 kg/m3.
3. Ποια δύναμη πρέπει να ασκηθεί σε μια μπάλα με όγκο 5 dm3 και μάζα 0,5 kg για να παραμείνει κάτω από το νερό; Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3. Πού κατευθύνεται αυτή η δύναμη;
4. Ποια δύναμη πρέπει να ασκηθεί για να διατηρηθεί μια πλάκα γρανίτη στο νερό, στην οποία επιδρά δύναμη βαρύτητας 27.000 N; Ο όγκος της πλάκας είναι 1 m3. πυκνότητα νερού - 1000 kg/m3.
5. Μια ξύλινη μπάλα με πυκνότητα 500 kg/m3 επιπλέει στο νερό. Ποιο μέρος του όγκου της σφαίρας είναι βυθισμένο στο νερό αν η πυκνότητα του νερού είναι 1000 kg/m3.
Καθήκοντα:
πρακτικές εργασίες.
εργασία με κάρτες:
1. Οι ράβδοι αλουμινίου και σιδήρου αναρτώνται στα άκρα της δοκού ισορροπίας (βλ. Εικ.). Οι μάζες τους επιλέγονται έτσι ώστε τα λέπια στο νερό να βρίσκονται σε ισορροπία. Ποια ράβδος θα είναι μεγαλύτερη αν χυθεί το νερό από το σκάφος τους;
2. Δύο πανομοιότυπες χαλύβδινες σφαίρες αιωρούνται στα άκρα της δοκού ισορροπίας. Θα διατηρηθεί η ισορροπία εάν οι μπάλες χαμηλωθούν σε διαφορετικά υγρά (δείτε το σχήμα);
Κηροζίνη Νερό
3. Το σχήμα δείχνει δύο σφαιρικά σώματα που επιπλέουν στο νερό. Ποιο σώμα έχει τη μεγαλύτερη πυκνότητα;
4. Ένα σώμα επιπλέει στην επιφάνεια του νερού. Απεικονίστε γραφικά τις δυνάμεις που δρουν σε αυτό το σώμα (βλ. εικ.).
5. Μια γυάλινη μπάλα χωρίς αέρα και μια μολύβδινη μπάλα ισορροπούν σε μια ζυγαριά ισορροπίας (βλ. Εικ.) Θα διαταραχθεί η ισορροπία της ζυγαριάς εάν η ζυγαριά μαζί με τις μπάλες μετακινηθούν στην κορυφή του βουνού;
6. Μπάλες ίσης μάζας αλλά διαφορετικών όγκων αιωρούνται από πανομοιότυπα ελατήρια. Από κάτω, ένα δοχείο με νερό φέρεται στις μπάλες και ανυψώνεται σε τέτοιο επίπεδο ώστε οι μπάλες να βυθιστούν εντελώς στο νερό (βλ. Εικ.) Ποιο ελατήριο θα συσπαστεί περισσότερο;
7. Σώματα ίσης μάζας και ίσου όγκου αιωρούνται από ελατήρια ίδιας ελαστικότητας (βλ. Εικ.). Ποιο ελατήριο θα είναι το πιο κοντό όταν βυθιστεί σε υγρό;
8. Ποια από τις χαλύβδινες σφαίρες που κατεβαίνουν στο νερό επηρεάζεται από τη μεγαλύτερη άνωση; Γιατί;
9. Πανομοιότυπες μπάλες που αναρτήθηκαν από τη δοκό ισορροπίας βυθίστηκαν σε υγρό όπως φαίνεται στο σχήμα. ΕΝΑκαι μετά, όπως φαίνεται στο σχήμα σι.Σε ποια περίπτωση θα διαταραχθεί η ισορροπία της ζυγαριάς; Γιατί;
Πυκνότητα ορισμένων ουσιών που απαιτούνται για την επίλυση προβλημάτων.
Όνομα ουσίας
Πυκνότητα, kg/m3
Αλουμίνιο
Ένας ψαράς με ένα καλάμι κάθεται στην ακτή, κοιτάζοντας προσεκτικά τον πλωτήρα, περιμένοντας το ψάρι να δαγκώσει. Οι λάτρεις του ψαρέματος δύσκολα σκέφτονται ποιοι νόμοι της φυσικής χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ειδών ψαρέματος. Εκτός από πετονιά και αγκίστρια, λαμβάνεται ένα πλωτήρα και ένας βυθιστής. Ο σκοπός τους είναι εντελώς αντίθετος. Ο πλωτήρας πρέπει να επιπλέει στην επιφάνεια του νερού, να συσπάται όταν δαγκώνει. Ο βυθιστής, αντίθετα, θα πρέπει να βυθίζεται και να κατεβάζει τα αγκίστρια στο βάθος που κολυμπάει το ψάρι.
Τα πιο απλά φαινόμενα που συμβαίνουν στο νερό, τα οποία απαντώνται συχνά στη ζωή τόσο των ενηλίκων όσο και των παιδιών, εξηγούνται από την παρουσία μιας άνωσης δύναμης μέσα στο νερό (και σε οποιοδήποτε υγρό επίσης).
Οποιαδήποτε μπάλα γεμάτη με αέρα θα επιπλέει στην επιφάνεια. Μια μεγάλη μπάλα ζόρμπινγκ δεν θα βυθιστεί, ακόμα κι αν υπάρχει άτομο μέσα της. Το Zorbing είναι ένα σύγχρονο ακραίο αξιοθέατο πάνω στο νερό, αλλιώς ονομάζεται «Νερού Μπάλα». Η ίδια η μπάλα είναι ζόρμπ. Ωστόσο, ένα άτομο δεν θα μπορεί να περπατήσει πάνω στο νερό, αν και η άνωση δρα και σε ένα άτομο.
ΖορμπίνγκΈνα απλό εργαστηριακό πείραμα. Εάν πάρετε ένα δυναμόμετρο, συνδέστε έναν μεταλλικό κύλινδρο σε αυτό (το ελατήριο θα τεντωθεί κάτω από το βάρος του κυλίνδρου) και στη συνέχεια χαμηλώστε το στο νερό, η ένδειξη του δυναμόμετρου θα μειωθεί. Αυτό σημαίνει ότι έχει εμφανιστεί μια δύναμη που σπρώχνει το σώμα έξω από το νερό, κατευθυνόμενη προς τα πάνω. Το αποτέλεσμα των δύο δυνάμεων έχει γίνει μικρότερο.
Η δύναμη άνωσης κατευθύνεται πάντα προς τα πάνω. Ποιος είναι ο λόγος για την εμφάνιση μιας τέτοιας δύναμης και η προέλευσή της;
Ας υπάρχει ένα κανονικό σώμα - ένα παραλληλεπίπεδο - σε ένα ποτήρι νερό. Έστω το εμβαδόν βάσης του S και το ύψος H.
Όλες οι όψεις του παραλληλεπίπεδου είναι κάτω από το νερό, η πάνω βρίσκεται σε βάθος h 1 , η κάτω είναι h 2 . Από πάνω, πίεση p 1 = ρ g h 1, και από κάτω - p 2 = ρ g h 2. . Η πίεση p 2 είναι μεγαλύτερη από p 1 επειδή το h 2 είναι μεγαλύτερο από το h 1 . Οι ίδιες πιέσεις δρουν και στις κατακόρυφες όψεις του παραλληλεπιπέδου, τείνοντας να το συμπιέσουν. Αυτό σημαίνει ότι η πίεση από κάτω είναι μεγαλύτερη από την πίεση από πάνω. Η διαφορά μεταξύ αυτών των δυνάμεων είναι η δύναμη που ωθεί το σώμα έξω από το υγρό. Μετά από αλγεβρικούς μετασχηματισμούς, προκύπτει ένας κανόνας για τον υπολογισμό της δύναμης άνωσης.
F \u003d F 2 - F 1 \u003d p 2 S - p 1 S \u003d ρ w g h 2 S - ρ w g h 1 S \u003d ρ w g S (h 2 - h 1). Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι η διαφορά h 2 - h 1 είναι ίση με το ύψος του παραλληλεπίπεδου H, αλλά το γινόμενο S ∙ H είναι ίσο με τον όγκο αυτού του σχήματος V t. Τότε, F = ρ x g S H = ρ x g V t. η δύναμη γράφεται με την ακόλουθη μορφή:
F A = ρ w g V t
ρ w είναι η πυκνότητα του υγρού.
"Εύρηκα!" - αναφώνησε ο Αρχιμήδης, καταλαβαίνοντας από τι εξαρτάται η δύναμη που ωθεί τα σώματα έξω από το υγρό. Φυσικά, πρόκειται για θρύλο, αλλά η δύναμη ονομάζεται Αρχιμήδειος επειδή ο Αρχιμήδης αναγνώρισε πρώτος αυτή τη δύναμη.
Ο θρύλος είναι ο εξής: ο ηγεμόνας της πόλης των Συρακουσών στο νησί της Σικελίας ήταν συγγενής του Αρχιμήδη. Μια μέρα διέταξε τον τεχνίτη να φτιάξει ένα χρυσό στεφάνι. Όταν το στέμμα ήταν έτοιμο, ο Giron αμφέβαλλε για την ειλικρίνεια του κυρίου, υποψιαζόμενος ότι ο κύριος είχε αντικαταστήσει εν μέρει το χρυσό με ασήμι ή άλλες ακαθαρσίες. Ο Ήρων απαίτησε από τον Αρχιμήδη να αποδείξει την αλήθεια.
Για να λύσετε αυτό το πρόβλημα, πρέπει να γνωρίζετε τον όγκο της κορώνας και τον όγκο του χρυσού της ίδιας μάζας. Αν ταιριάζουν, τότε μπράβο ο κύριος, αλλιώς είναι ψεύτης.
Ο όγκος ενός ακανόνιστου σχήματος σώματος βρίσκεται χρησιμοποιώντας ένα ποτήρι ζέσεως. Μην τοποθετείτε την κορώνα στο ποτήρι ζέσεως. Ο Αρχιμήδης κατάλαβε πώς να βρει τον όγκο ενός μεγάλου σώματος όταν ο ίδιος βούτηξε σε ένα λουτρό νερού. Είδε ότι λίγο από το νερό είχε κυλήσει έξω. Το επιφώνημα του Αρχιμήδη "Εύρηκα!", που σημαίνει "Βρέθηκε!", μπήκε σε όλες τις γλώσσες του κόσμου.
Οι όγκοι ενός χρυσού και ενός στέμματος που προσδιορίστηκαν με αυτόν τον τρόπο αποδείχθηκαν διαφορετικοί. Ο στεφανοποιός ήταν ανέντιμος.
Η περίπτωση του Αρχιμήδη λειτούργησε ως ώθηση για την περαιτέρω έρευνά του σχετικά με τη συμπεριφορά ενός σώματος σε ένα υγρό. Στο έργο του «On Floating Bodies» διατυπώθηκε ένας νόμος που καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της Αρχιμήδειας δύναμης. Στη συνέχεια, ο νόμος έλαβε ένα όνομα: ο νόμος του Αρχιμήδη. Αυτός ο νόμος καθιερώνει τη σχέση μεταξύ της δύναμης άνωσης και του βάρους του ρευστού που μετατοπίζεται από το σώμα.
Στον τύπο F A \u003d ρ x g V t, το γινόμενο ρ x V t \u003d m είναι η μάζα του μετατοπισμένου ρευστού, ο όγκος του είναι ίσος με τον όγκο του σώματος που εκτοπίζει αυτό το υγρό. Που σημαίνει,
F A =Ρ t, δηλ. Τα σώματα ωθούνται έξω από το ρευστό με δύναμη ίση με το βάρος του εκτοπισμένου ρευστού.
Ο νόμος αποδεικνύεται εύκολα εμπειρικά:
Για το πείραμα, λαμβάνεται ένας κάδος Archimedes, που αποτελείται από δύο μέρη: έναν κοίλο κουβά 2 και έναν βαρύ κύλινδρο 3 του ίδιου όγκου με τον κάδο. Ο κάδος και ο κύλινδρος αιωρούνται μαζί από το δυναμόμετρο 1, καταγράφονται οι ενδείξεις του δυναμόμετρου (Εικ. α). Ένα κύπελλο αποστράγγισης 4 τοποθετείται κάτω από τον κύλινδρο (ένα κύπελλο με ένα στόμιο στραμμένο προς τα κάτω για την αποστράγγιση του υγρού). Το υγρό στο ποτήρι αρχικά χύνεται ακριβώς μέχρι το στόμιο αποστράγγισης.
Τη στιγμή που ο κύλινδρος τοποθετείται σε νερό, μετατοπίζεται από τον κύλινδρο και αποστραγγίζεται στο δοχείο 5. Η δύναμη του Αρχιμήδειου δρα προς τα πάνω στον κύλινδρο, οι ενδείξεις του δυναμομέτρου μειώνονται (Εικ. β), δηλ. το βάρος του κυλίνδρου γίνεται μικρότερο.
Από το δοχείο 5, το εκτοπισμένο υγρό χύνεται σε έναν άδειο κάδο 2 (Εικ. γ). Όταν όλο το νερό χυθεί στον κάδο, το δυναμόμετρο καταγράφει το αρχικό βάρος (εικ. δ). Αυτό σημαίνει ότι όταν τοποθετηθεί σε νερό, ο κύλινδρος έχασε ένα βάρος ίσο με το βάρος του υγρού που μετατοπίζεται από τον κατερχόμενο.
- Όλα τα σώματα που τοποθετούνται σε ένα υγρό επηρεάζονται από την ανοδική Αρχιμήδεια δύναμη.
- η Αρχιμήδεια δύναμη σχετίζεται με την πίεση, και επομένως με την πυκνότητα του υγρού και τον όγκο του σώματος που τοποθετείται στο υγρό.
- η δύναμη του Αρχιμήδη δεν εξαρτάται από την πυκνότητα του σώματος που μελετήθηκε και το βάθος βύθισης.
Σχετικά με το υγρό στο οποίο δεν μπορείτε να πνιγείτε
Στο νερό, μερικά σώματα βυθίζονται αμέσως, ενώ άλλα επιπλέουν. Το ίδιο float στον ψαρά διατηρείται σε μια επιφάνεια, και ο βυθιστής επιπλέει. Το ξερό ξύλο δεν βυθίζεται, αλλά αν μείνει στο νερό για μεγάλο χρονικό διάστημα, κορεστεί με αυτό, θα καταλήξει στον πάτο. Υπάρχουν είδη δέντρων, για παράδειγμα, πίσω (σιδηρόξυλο) και έβενος, που βυθίζονται στο νερό όταν στεγνώνουν. Γιατί μερικά σώματα επιπλέουν ελεύθερα ενώ άλλα βυθίζονται;
Σε ένα σώμα τοποθετημένο σε υγρό, η δύναμη της βαρύτητας δρα προς τα κάτω και η δύναμη του Αρχιμήδειου δρα προς τα πάνω. Ποια από τις δύο δυνάμεις επικρατεί, το προκύπτον κατευθύνεται εκεί. Το σώμα θα κινηθεί προς την κατεύθυνση της δύναμης που προκύπτει:
Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στη διαφορά μεταξύ των δύο από αυτές τις περιπτώσεις. Συνήθως λέγεται ότι ένα σώμα επιπλέει είτε επιπλέει μέσα σε ένα υγρό είτε σε μια επιφάνεια. Αλλά, εάν F σκέλος = F A, το σώμα επιπλέει μέσα. Εάν F βαρύ ˂ F A , το σώμα επιπλέει στην επιφάνεια (το σώμα δεν μπορεί να πηδήξει έξω από το υγρό και να κρέμεται πάνω του, η βαρύτητα θα το επαναφέρει).
Κατά τη σύγκριση των τύπων και των δύο δυνάμεων, φαίνεται μια εξήγηση υπό ποιες συνθήκες οι δυνάμεις είναι διαφορετικές ή ίδιες.
F A \u003d ρ w g V t F βαρύ \u003d mg \u003d ρ t V t g.
Και οι δύο τύποι έχουν τους ίδιους συντελεστές: g και V t. Η διαφορά είναι στις πυκνότητες. Μπορεί να φανεί ότι αν ρ t ˂ ρ w, τότε η δύναμη της βαρύτητας είναι μικρότερη από την Αρχιμήδεια - το σώμα ανεβαίνει στην επιφάνεια του υγρού. Αν ρ t ˃ ρ w, τότε η δύναμη της βαρύτητας είναι μεγαλύτερη από την άνωση - το σώμα πηγαίνει στον πυθμένα. Εάν ρ t \u003d ρ w, οι δυνάμεις είναι επίσης ίσες - το σώμα επιπλέει μεταξύ του πυθμένα και της επιφάνειας (μέσα) του υγρού.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο πλωτήρας, ο οποίος είναι συνήθως κοίλος εσωτερικά (πυκνότητα αέρα 1,29 kg / m 3), επιπλέει στο νερό (πυκνότητα νερού 1000 kg / m 3). Νεροχύτες μολύβδου (πυκνότητα μολύβδου 11.300 kg / m 3).
Φυσικά, οι συνθήκες μιας τέτοιας πλοήγησης είναι κατάλληλες για συμπαγή σώματα. Για παράδειγμα, το γυαλί με πυκνότητα 2600 kg / m 3 βυθίζεται στο νερό και ένα φελλό γυάλινο μπουκάλι επιπλέει, επειδή ολόκληρος ο όγκος μιας κλειστής φιάλης καταλαμβάνεται από αέρα με χαμηλή πυκνότητα.
Η ικανότητα του μπουκαλιού να επιπλέει έχει χρησιμοποιηθεί από καιρό από τους πλοηγούς για να στείλουν μηνύματα ναυαγίων στη γη. Ένας κύλινδρος με το κείμενο τοποθετήθηκε σε ένα άδειο μπουκάλι, το μπουκάλι βουλώθηκε και πετάχτηκε στη θάλασσα. Για πολύ καιρό, το μπουκάλι ταξίδευε στις εκτάσεις της θάλασσας, αλλά κάποτε ήταν ακόμα καρφωμένο στη στεριά από τα κύματα της παλίρροιας.
Η μέση πυκνότητα του ανθρώπινου σώματος κυμαίνεται από 1030 έως 1070 kg/m 3 . Αυτό σημαίνει ότι σε καθαρό νερό πνίγεται ένας άνθρωπος χωρίς ικανότητα κολύμβησης.
Υπάρχει μια Νεκρά Θάλασσα όπου δεν μπορείς να πνιγείς. Σε αυτή τη θάλασσα, όπως και στο νερό του κόλπου Kara-Bogaz-Gol (στην Κασπία Θάλασσα) και της λίμνης Elton, δεν μπορεί κανείς να πνιγεί, καθώς το νερό σε αυτά περιέχει περίπου 27% άλατα. Τα άλατα αυξάνουν την πυκνότητα του νερού στα 1180 kg / m 3, που είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα του ανθρώπινου σώματος. Στο συνηθισμένο θαλασσινό νερό, υπάρχουν άλατα 2-3% και η πυκνότητα αυτού του θαλασσινού νερού είναι 1030 kg / m 3.
Νεκρά ΘάλασσαΟρισμένες νοικοκυρές χρησιμοποιούν μια απλή μέθοδο για να προσδιορίσουν τη φρεσκάδα των αγορασμένων αυγών κοτόπουλου (πυκνότητα περίπου 1090 kg / m 3). Μέσα από μικρούς πόρους σε ένα λεπτό κέλυφος, μέρος του υγρού ενός ωμού αυγού εξατμίζεται και αντικαθίσταται από αέρα. Η πυκνότητα ενός τέτοιου αυγού μειώνεται. Ένα φρέσκο, πιο πυκνό αυγό θα βυθιστεί σε καθαρό νερό, ένα μπαγιάτικο θα επιπλέει.
Άλλο ένα παράδειγμα από τη ζωή των νοικοκυραίων. Ρίχνουν φυτικό λάδι σε μια κατσαρόλα με νερό, όπου βράζουν τα ζυμαρικά, για να μην κολλήσουν τα ζυμαρικά μεταξύ τους. Ανεξάρτητα από το πώς ανακατεύετε το μείγμα λαδιού και νερού, το λάδι επιπλέει στην κορυφή. Είναι εύκολο να εξηγηθεί. Η πυκνότητα του λαδιού είναι 930 kg/m 3 , μικρότερη από την πυκνότητα του νερού. Αξίζει να προσθέσω λάδι; Δεν αξίζει τον κόπο. Το λάδι θα επιπλέει πάνω από το νερό. Τα περισσότερα ζυμαρικά θα είναι σε καθαρό νερό. Επομένως, το λάδι δεν θα επηρεάσει με κανέναν τρόπο τα ζυμαρικά.
Το πετρέλαιο, το μαζούτ, η βενζίνη βρίσκονται πάντα στην επιφάνεια του νερού, γεγονός που αποτελεί απειλή για το περιβάλλον σε περίπτωση υδάτινων καταστροφών που σχετίζονται με αυτές τις ουσίες.
Λάδι σε νερόΤα υγρά που είναι λιγότερο πυκνά επιπλέουν στην κορυφή και τα πιο πυκνά υγρά βυθίζονται στο κάτω μέρος. Τα περισσότερα μέταλλα επιπλέουν σε υγρό υδράργυρο, μόνο τα πιο πυκνά (όσμιο, βολφράμιο, ιρίδιο, χρυσός και μερικά άλλα) βυθίζονται.
Ένα ενδιαφέρον παράδειγμα πλοήγησης είναι ένα υποβρύχιο. Μπορεί να επιπλέει στην επιφάνεια του νερού, μέσα σε αυτό και μπορεί να ξαπλώσει στον πυθμένα. Μπορούμε να δείξουμε σχηματικά πώς συμβαίνει αυτό.
Ο σχεδιασμός του σκάφους είναι διπλού κύτους: εσωτερική και εξωτερική γάστρα. Η εσωτερική θήκη είναι σχεδιασμένη για τεχνικές συσκευές, εξοπλισμό, άτομα. Οι δεξαμενές έρματος βρίσκονται μεταξύ του εξωτερικού και του εσωτερικού κύτους. Όταν το σκάφος χρειάζεται να βουτήξει, ανοίγουν οι βασιλόλιθοι - τρύπες από τις οποίες εισέρχεται θαλασσινό νερό μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού διαμερίσματος, γεμίζοντας τις δεξαμενές έρματος. Η δύναμη της βαρύτητας αυξάνεται και γίνεται πιο αρχιμήδειος. Το σκάφος βυθίζεται.
Για να σταματήσει η κατάδυση ή να αναδυθεί, οι δεξαμενές εμφυσούνται υπό υψηλή πίεση από συμπιεστές, το νερό διοχετεύεται στον ωκεανό και ο αέρας παίρνει τη θέση του. Η δύναμη της βαρύτητας μειώνεται. Τη στιγμή της ισότητας της βαρύτητας και το αρχιμήδειο σκάφος θα επιπλέει μέσα στο νερό. Με περαιτέρω πλήρωση των δεξαμενών με αέρα, το σκάφος επιπλέει.
Γιατί δεν βυθίζονται τα πλοία;
Τώρα πρέπει να εξηγηθεί η ναυσιπλοΐα των πλοίων. Είναι σαφές ότι τα πλοία από ξύλινο οικοδομικό υλικό επιπλέουν στα κύματα, αφού η πυκνότητα του ξύλου είναι μικρότερη από την πυκνότητα του νερού. Η κατάσταση πλωτής λειτουργεί άνευ όρων εδώ. Τα σύγχρονα πλοία κατασκευάζονται κυρίως από μέταλλα, τα οποία έχουν υψηλή πυκνότητα. Γιατί ένα μεταλλικό καρφί βυθίζεται, αλλά ένα πλοίο όχι;
Στο πλοίο δίνεται ειδικό σχήμα ώστε να εκτοπίζει όσο το δυνατόν περισσότερο νερό, το βάρος του οποίου υπερβαίνει τη δύναμη βαρύτητας του πλοίου. Αυτό το βάρος είναι ίσο με την άνωση (Αρχιμήδειος) που σημαίνει ότι είναι μεγαλύτερο από τη δύναμη της βαρύτητας. Το κύριο σώμα του αγγείου είναι κατασκευασμένο από μέταλλο και ο υπόλοιπος όγκος του είναι γεμάτος με αέρα. Το κύτος του πλοίου εκτοπίζει σημαντική ποσότητα νερού, βυθίζοντας αρκετά βαθιά μέσα του.
Το βάθος της βύθισης ενός πλοίου ονομάζεται βύθισμα από τους ναυτικούς. Μετά τη φόρτωση του πλοίου, το βύθισμά του αυξάνεται. Είναι αδύνατο να υπερφορτωθεί το πλοίο, διαφορετικά θα παραβιαστεί η συνθήκη ναυσιπλοΐας, το πλοίο μπορεί να βυθιστεί. Υπολογίζεται το μέγιστο βύθισμα, χαράσσεται μια κόκκινη γραμμή στο πλοίο, η οποία ονομάζεται ίσαλο γραμμή, το πλοίο δεν πρέπει να καθίσει κάτω από αυτό.
Το βάρος του πλοίου με το μέγιστο φορτίο που λαμβάνεται ονομάζεται εκτόπισμα.
Η ναυσιπλοΐα και η ναυπηγική είναι άρρηκτα συνδεδεμένα με την ιστορία της ανθρωπότητας. Από σχεδίες και βάρκες των αρχαίων χρόνων μέχρι τις καραβέλες του Κολόμβου και του Μαγγελάνου, του Vasco de Gama και του πρώτου ρωσικού πολεμικού πλοίου «Eagle» (1665), από το πρώτο ατμόπλοιο «Clermont», που κατασκευάστηκε από τον R. Fulton στις ΗΠΑ το 1807, έως το παγοθραυστικό «Arktika» που δημιουργήθηκε στη Ρωσία το 1975.
Τα πλοία χρησιμοποιούνται για διάφορους σκοπούς: για μεταφορά επιβατών και φορτίου, για ερευνητικές εργασίες, για την προστασία των κρατικών συνόρων.
Δυστυχώς υπάρχουν και προβλήματα με τα πλοία. Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας ή άλλων καταστροφών, μπορεί να βυθιστούν. Και πάλι, ο νόμος του Αρχιμήδη έρχεται να σώσει.
Στη ναυτιλία, τη ναυτιλία, τη σωτηρία των πλοίων, βοηθάει ο νόμος του Αρχιμήδη, ως ένας από τους σημαντικότερους νόμους της φύσης.
Αεροναυτική
Ένα όμορφο θέαμα: χρωματιστά μπαλόνια σε διαφορετικά ύψη του γαλάζιου ουρανού. Ποια δύναμη τους σηκώνει;
Στις 5 Ιουνίου 1783, στη Γαλλία, οι αδερφοί Montgolfier γέμισαν με καπνό το κέλυφος ενός μπαλονιού διαμέτρου 10 μέτρων και πέταξε γρήγορα προς τα πάνω. Για πρώτη φορά κατοχυρώθηκε επίσημα μια εφεύρεση που δείχνει το δρόμο προς την αεροναυπηγική. Στις 27 Αυγούστου 1783, στο Champ de Mars στο Παρίσι, ο καθηγητής Jacques Charles γέμισε ένα μπαλόνι με υδρογόνο, η πυκνότητα του οποίου ήταν 0,09 kg/m 3 . Περίπου τριακόσιες χιλιάδες θεατές είδαν πώς η μπάλα ανέβηκε γρήγορα και σύντομα έγινε αόρατη. Η ιστορία της αεροναυπηγικής ξεκίνησε.
Ο άνθρωπος ονειρευόταν από καιρό να κυριαρχήσει στον ωκεανό του αέρα, σαν πουλί, έχοντας ανέβει στον ουρανό. Το όνειρο έγινε πραγματικότητα χάρη στη δύναμη που ανακάλυψε ο Αρχιμήδης, που δρα σε όλα τα υγρά και τα αέρια. Όλα τα σώματα στη Γη επηρεάζονται από μια δύναμη που τα σπρώχνει έξω από τον αέρα. Για τα στερεά, είναι πολύ μικρότερη από τη δύναμη της βαρύτητας· στην πράξη, δεν λαμβάνεται υπόψη. Για τα αέρια, αυτή η δύναμη είναι απαραίτητη.
Η δύναμη ανύψωσης των ιπτάμενων μπαλονιών είναι η διαφορά μεταξύ του βάρους του αέρα που μετατοπίζεται από το μπαλόνι και του βάρους του αερίου στο περίβλημα. Τι σημαίνει «εκτοπισμένος από αέριο» και από πού προέρχεται. Το πλοίο εκτοπίζει νερό από τη θάλασσα. Αυτό είναι για τη θάλασσα ως «κουνούπι για ελέφαντα», αλλά, παρόλα αυτά, είναι έτσι. Ένα άτομο εκτοπίζει το νερό από το μπάνιο, το οποίο είναι ήδη πολύ αισθητό. Έτσι το μπαλόνι εκτοπίζει τον αέρα από την ατμόσφαιρα.
Αλλά αν ο αέρας έχει βάρος μπορεί να ελεγχθεί πολύ εύκολα, ακόμη και στο σπίτι: βρείτε τη μέση ενός ομοιόμορφου ραβδιού ή χάρακα, βάλτε ένα μικρό γαρύφαλλο μέσα του, ώστε το ραβδί να μπορεί να περιστρέφεται ελεύθερα γύρω του. Μπορείτε να κρεμάσετε ένα ραβδί σε μια κλωστή στη μέση. Κρεμάστε δύο εξίσου φουσκωμένα μπαλόνια στις άκρες του ραβδιού. Το ραβδί βρίσκεται οριζόντια, δηλ. παρατηρείται ισορροπία. Απελευθερώστε αέρα από ένα μπαλόνι. Η ισορροπία έχει σπάσει. Το μπαλόνι με αέρα υπερτερεί.
Η εμπειρία στο εργαστήριο είναι επίσης εύκολη και κατανοητή. Υπάρχει μια μάζα μιας ανοιχτής (που σημαίνει ότι υπάρχει αέρας) γυάλινης μπάλας (Εικ. α). Στη συνέχεια ο αέρας αντλείται από τη σφαίρα από την αντλία (Εικ. β) και η μπάλα κλείνεται καλά με φελλό. Ο νέος ορισμός της μάζας δείχνει ότι η μάζα της μπάλας χωρίς αέρα είναι μικρότερη (Εικ. γ). Εάν γνωρίζετε τη μάζα, μπορείτε να βρείτε το βάρος του αέρα.
Το αέριο στο κέλυφος της μπάλας πρέπει να έχει πυκνότητα αισθητά μικρότερη από την πυκνότητα του αέρα, όπως η πυκνότητα ενός σώματος στην επιφάνεια οποιουδήποτε υγρού είναι μικρότερη από την πυκνότητα του ίδιου του υγρού. Η πυκνότητα του ηλίου είναι 0,18 kg / m 3, του υδρογόνου 0,09 kg / m 3 και η πυκνότητα του αέρα είναι 1,29 kg / m 3. Επομένως, παρόμοια αέρια χρησιμοποιούνται για να γεμίσουν τα κελύφη των σφαιρών.
Μπορείτε να δημιουργήσετε ανύψωση για ένα μπαλόνι μειώνοντας την πυκνότητα του αέρα.
Από την ανάλυση του πίνακα της εξάρτησης της πυκνότητας του αέρα από τη θερμοκρασία, προκύπτει το συμπέρασμα: με την αύξηση της θερμοκρασίας, η πυκνότητα του αέρα μειώνεται. Αντίστοιχα, με την αύξηση της θερμοκρασίας, η διαφορά μεταξύ της δύναμης του Αρχιμήδη και της δύναμης της βαρύτητας αυξάνεται. Αυτή η διαφορά δυνάμεων είναι η δύναμη ανύψωσης της μπάλας.
Καθώς ανεβαίνει, η θερμοκρασία του αέρα στο κέλυφος του μπαλονιού μειώνεται. Ο αέρας πρέπει να θερμαίνεται, κάτι που δεν είναι ασφαλές.
Θέρμανση αέρα στο μπαλόνιΗ πτήση με τέτοια μπαλόνια είναι βραχύβια. Για να το επεκτείνουν, χρησιμοποιούν έρμα - ένα πρόσθετο φορτίο που τοποθετείται σε μια γόνδολα (μια συσκευή όπου βρίσκονται άνθρωποι και συσκευές για εργασία). Ρίχνοντας το έρμα, μπορείτε να ανεβείτε ψηλότερα. Απελευθερώνοντας αέρα από το κέλυφος, μπορείτε να κατεβείτε. Κατεβαίνοντας ή ανεβαίνοντας σε διαφορετικά στρώματα της ατμόσφαιρας, μπορείτε να πιάσετε την κίνηση των μαζών αέρα και να κινηθείτε προς την κατεύθυνσή τους. Αλλά η εύρεση της σωστής κατεύθυνσης είναι αρκετά δύσκολη. Με αυτόν τον τρόπο, μπορείτε να επηρεάσετε ελάχιστα μόνο την κατεύθυνση της κίνησης. Επομένως, τα μπαλόνια συνήθως κινούνται προς την κατεύθυνση του ανέμου.
Σε γιγάντιες μπάλες (20.000 - 30.000 m 3) ήταν δυνατό να φτάσουμε στη στρατόσφαιρα. Τέτοιες μπάλες ονομάζονται στρατοστάτες. Η γόνδολα του στρατοσφαιρικού μπαλονιού πρέπει να έχει μικροκλίμα κατάλληλο για την ανθρώπινη ζωή. Ο αέρας και η θερμοκρασία στη στρατόσφαιρα δεν ανταποκρίνονται στις συνθήκες της ανθρώπινης ζωής. Πρέπει να εξοπλίσουμε ειδικά τις γόνδολες των στρατοσφαιρικών μπαλονιών.
Άλλα, πιο απλά, μπαλόνια ονομάζονται μπαλόνια. Εάν συνδέσετε έναν κινητήρα στη γόνδολα της μπάλας, θα έχετε ένα ανθρωπο-ελεγχόμενο μπαλόνι που ονομάζεται αερόπλοιο.
ΑεροσκάφοςΔυστυχώς, οι πτήσεις με αερόστατο εξαρτώνται από τις ιδιοτροπίες της φύσης. Ωστόσο, αυτές οι συσκευές έχουν αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα:
- τεράστια ανυψωτική δύναμη?
- φιλικές προς το περιβάλλον συσκευές·
- δεν χρειάζονται μεγάλες ποσότητες καυσίμου.
- θεαματικός.
Επομένως, αυτές οι συσκευές θα εξυπηρετούν ένα άτομο για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Λεξικό
1. Backout (σιδερένιο δέντρο) - ένα αειθαλές δέντρο των τροπικών περιοχών με πυκνότητα ξύλου κοντά σε αυτή του χυτοσιδήρου.
2. Μαύρος έβενος - ένα αειθαλές τροπικό δέντρο, στον πυρήνα του οποίου δεν φαίνονται οι δακτύλιοι ανάπτυξης. Ο πυρήνας είναι σκληρός και βαρύς. Η πυκνότητα του ξύλου είναι 1300 kg/m 3 .
3. Πλοίο διάσωσης - πλοίο ειδικού (βοηθητικού) σκοπού, που χρησιμεύει για την ανύψωση βυθισμένων αντικειμένων στην επιφάνεια ή για τη βοήθεια πλοίων που βρίσκονται σε κίνδυνο.
4. Γόνδολα - μια συσκευή στερεωμένη σε ένα μπαλόνι για να τοποθετήσει εκεί ανθρώπους, διάφορα πράγματα και εξοπλισμό.
- Σε επαφή με 0
- Google Plus 0
- Εντάξει 0
- Facebook 0
