Сообщение на тему плавание тел, Плавание тел | Конспект
Человеку, чтобы не утонуть, тоже достаточно набрать в легкие воздух и не двигаться — вода будет выталкивать тело на поверхность. Оборудование: сосуд с водой, кусок пластилина. А теперь попробуйте ответить на вопросы:. Архимед пытался также решить проблему квадратуры круга и достиг в этом выдающихся результатов, объединив их в труд «Об измерении круга»:. На графике показана зависимость модуля силы Архимеда F Арх , действующей на медленно погружаемый в жидкость кубик, от глубины погружения x.
Совет 3. Вопреки сложившемуся мнению, студент-репетитор очень хорошо справляется со своей задачей. Он более мобилен, цена ниже, и он с легкостью найдет общий язык с учеником.
Мы знаем, что на любое тело, находящееся в жидкости, действуют две силы, направленные в противоположные стороны: сила тяжести и архимедова сила. Сила тяжести равна весу тела и направлена вниз, архимедова же сила зависит от плотности жидкости и направлена вверх.
Как физика объясняет плавание тел , и каковы условия плавания тел на поверхности и в толще воды? Согласно закону Архимеда условие плавания тел следующее: если сила тяжести равна архимедовой силе, то тело может находиться в равновесии в любом месте жидкости, то есть плавать в ее толще. Если сила тяжести меньше архимедовой силы, то тело будет подниматься из жидкости, то есть всплывать. В случае же, когда вес тела больше выталкивающей его архимедовой силы, то тело будет опускаться на дно, то есть тонуть.
Выталкивающая сила зависит от плотности жидкости. А вот будет тело плавать или тонуть зависит от плотности тела , так как его плотность увеличит его вес. Если плотность тела будет выше плотности воды, то тело утонет. Как же быть в таком случае? Плотность сухого дерева за счет полостей, наполненных воздухом, меньше плотности воды и дерево может плавать на поверхности.
А вот железо и многие другие вещества значительно плотнее воды. Как же возможно строить корабли из металла и перевозить различные грузы по воде в таком случае?
А для этого человек придумал небольшую хитрость. Корпус корабля, который погружается в воду, делают объемным, а внутри этот корабль имеет большие полости, заполненные воздухом, которые сильно уменьшают общую плотность корабля.
Объем вытесняемой кораблем воды, таким образом, сильно увеличивают, увеличивая выталкивающую его силу, а плотность корабля в сумме делают меньше плотности воды, дабы корабль мог плавать на поверхности.
Одноименный закон гласит: на погруженное полностью или частично тело действует выталкивающая сила, численно равная весу вытесненной жидкости. При равенстве плотности тела и жидкости, в которой оно находится, тело полностью погружено и не тонет.
В случае, если плотность жидкости больше плотности тела, последнее всплывает, а если меньше — тонет.
В гидростатике вместо центра тяжести используют эквивалентное понятие центра плавучести тела. Теперь рассмотрим два возможных случая:. При наклоне корабля на малый угол центр плавучести смещается, и тогда линия действия выталкивающей силы пересекает вертикальную ось симметрии в некоторой точке, называемой метацентром.
В том случае, если метацентр расположен ниже центра масс, момент сил направлены так, что корабль становится неустойчивым и переворачивается. Соответственно, для устойчивости необходимо, чтобы метацентр был выше центра масс. В ходе урока вывели закон Архимеда, на котором базируется теория плавания тел, записали условия, при которых тела плывут и тонут, а также в общем виде рассмотрели вопрос устойчивости плавающих тел.
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. 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!
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. 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. Остаются силы, действующие на верхнюю и нижнюю грани. 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 формулируется таким образом: тело, находящееся в жидкости или газе , теряет в своем весе столько, сколько весит жидкость или газ в объеме, вытесненном телом. 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:. 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:. Значит, кусок железа будет тонуть в воде. 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. 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. Иначе, архимедову силу можно вычислить, зная плотность жидкости и объем тела, погруженного в эту жидкость, по формуле:.
Сравнение силы тяжести и архимедовой силы. Возьмем тело — пузырек с некоторым количеством песка. Определим силу тяжести и архимедову силу, действующую на это тело. Сравним их.
Мы видим, что, если:.
