ARCHIMEDO TEISĖ- skysčių ir dujų statikos dėsnis, pagal kurį plūduriuojanti jėga veikia kūną, panardintą į skystį (arba dujas), lygus svoriui skysčių organizme.
Tai, kad į vandenį panardintą kūną veikia tam tikra jėga, puikiai žino visi: sunkūs kūnai tarsi tampa lengvesni – pavyzdžiui, mūsų pačių kūnas panardintas į vonią. Plaukdami upėje ar jūroje galite lengvai pakelti ir perstumti dugnu labai sunkius akmenis – tokius, kurių negalime pakelti sausumoje; tas pats reiškinys stebimas, kai dėl kokių nors priežasčių banginis išplaunamas ant kranto – lauke vandens aplinka gyvūnas negali judėti - jo svoris viršija jo raumenų sistemos galimybes. Tuo pačiu metu šviesos kūnai priešinasi panardinimui į vandenį: norint nuskandinti mažo arbūzo dydžio kamuoliuką, reikia ir jėgos, ir miklumo; greičiausiai nebus įmanoma panardinti pusės metro skersmens kamuoliuko. Intuityviai aišku, kad atsakymas į klausimą, kodėl kūnas plūduriuoja (o kitas skęsta), yra glaudžiai susijęs su skysčio veikimu į jį panardintą kūną; negali pasitenkinti atsakymu, kad lengvi kūnai plūduriuoja, o sunkūs kūnai skęsta: plieninė plokštė, žinoma, paskęs vandenyje, bet jei iš jos padarysi dėžutę, tai ji gali plūduriuoti; o jos svoris nepasikeitė. Norint suprasti jėgos, veikiančios iš skysčio panardintą kūną, prigimtį, pakanka atsižvelgti į paprastą pavyzdį (1 pav.).
Kubas su kraštu a panardintas į vandenį, ir vanduo, ir kubas nejuda. Yra žinoma, kad slėgis sunkiame skystyje didėja proporcingai gyliui – akivaizdu, kad aukštesnė skysčio kolonėlė stipriau spaudžia pagrindą. Daug mažiau akivaizdu (arba visai neakivaizdu), kad šis spaudimas vienodai intensyviai veikia ne tik žemyn, bet ir į šonus, o į viršų – toks yra Paskalio dėsnis.
Jei atsižvelgsime į kubą veikiančias jėgas (1 pav.), tai dėl akivaizdžios simetrijos jėgos, veikiančios priešingai šoniniai veidai, lygūs ir priešingi – jie bando suspausti kubą, bet negali paveikti jo pusiausvyros ar judėjimo. Viršutinį ir apatinį paviršius veikia jėgos. Leisti h yra viršutinio paviršiaus panardinimo gylis, r yra skysčio tankis, g yra gravitacijos pagreitis; tada slėgis viršuje yra
r· g · h = p 1
ir apačioje
r· g(h+a)=p 2
Slėgio jėga lygi slėgiui, padaugintam iš ploto, t.y.
F 1 = p 1 · a\up122, F 2 = p 2 · a\up122 , kur a- kubo kraštas,
ir jėga F 1 yra nukreiptas žemyn, o jėga F 2 - aukštyn. Taigi skysčio poveikis kubui sumažinamas iki dviejų jėgų - F 1 ir F 2 ir yra nustatomas pagal jų skirtumą, kuris yra plūdrumo jėga:
F 2 – F 1 =r· g· ( h+a)a\up122- rgha· a 2 = pga 2
Jėga yra plūduriuojanti, nes apatinis paviršius, žinoma, yra žemiau nei viršutinis, o jėga aukštyn yra didesnė už jėgą žemyn. Vertė F 2 – F 1 = pga 3 yra lygus kūno (kubo) tūriui a 3 padaugintas iš vieno kubinio centimetro skysčio svorio (jei ilgio vienetą imsime 1 cm). Kitaip tariant, plūduriavimo jėga, dažnai vadinama Archimedo jėga, yra lygi skysčio svoriui kūno tūryje ir yra nukreipta į viršų. Šį dėsnį nustatė senovės graikų mokslininkas Archimedas, vienas didžiausių mokslininkų Žemėje.
Jeigu savavališkos formos kūnas (2 pav.) skysčio viduje užima tūrį V, tada skysčio poveikį organizmui visiškai lemia slėgis, paskirstytas kūno paviršiuje, ir pastebime, kad šis slėgis visiškai nepriklauso nuo kūno medžiagos - („skysčiui nesvarbu, ką dėti spaudimas“).
Norint nustatyti susidariusią slėgio jėgą kūno paviršiuje, būtina psichiškai pašalinti iš tūrio V duotas kūnas ir užpildykite (protiškai) šį tūrį tuo pačiu skysčiu. Viena vertus, yra indas su skysčiu ramybės būsenoje, kita vertus, tūrio viduje V- kūnas, susidedantis iš tam tikro skysčio, ir šis kūnas yra pusiausvyroje veikiamas savo svorio (sunkiojo skysčio) ir skysčio slėgio tūrio paviršiuje. V. Kadangi skysčio svoris kūno tūryje yra pgV ir yra subalansuotas slėgio jėgų rezultantu, tada jo reikšmė lygi skysčio svoriui tūryje V, t.y. pgV.
Protiškai atlikęs atvirkštinį pakeitimą – įdėjimas į garsumą Všį korpusą ir pažymint, kad šis pakeitimas neturės įtakos slėgio jėgų pasiskirstymui tūrio paviršiuje V, galime daryti išvadą: kūną, panardintą į sunkų skystį ramybės būsenoje, veikia aukštyn kylanti jėga (Archimedo jėga), lygi skysčio svoriui šio kūno tūryje.
Panašiai galima parodyti, kad jei kūnas yra iš dalies panardintas į skystį, tai Archimedo jėga yra lygi skysčio svoriui panardintos kūno dalies tūryje. Jei šiuo atveju Archimedo jėga lygi svoriui, tai kūnas plūduriuoja skysčio paviršiuje. Akivaizdu, kad jei visiškas panardinimas Archimedo jėga yra mažesnė už kūno svorį, tada jis paskęs. Archimedas pristatė „savitinio svorio“ sąvoką g, t.y. medžiagos masė tūrio vienetui: g = psl; jei laikysime tai vandeniui g= 1 , tada kietas materijos kūnas, kuriame g> 1 nuskęs, o at g < 1 будет плавать на поверхности; при g= 1 kūnas gali plūduriuoti (kaboti) skysčio viduje. Baigdami pažymime, kad Archimedo dėsnis apibūdina balionų elgesį ore (ramybės būsenoje esant mažam greičiui).
Vladimiras Kuznecovas
Dažnai moksliniai atradimai yra atsitiktinumo rezultatas. Tačiau tik išlavintą protą turintys žmonės gali įvertinti paprasto atsitiktinumo svarbą ir iš to padaryti toli siekiančias išvadas. Ačiū grandinėlei atsitiktiniai įvykiai fizikoje atsirado Archimedo dėsnis, paaiškinantis kūnų elgesį vandenyje.
Tradicija
Sirakūzuose Archimedas buvo legendinis. Kartą šio šlovingo miesto valdovas suabejojo savo juvelyro sąžiningumu. Karūnoje, pagamintoje valdovui, turėjo būti tam tikras aukso kiekis. Patikrinkite šį faktą, kurį nurodė Archimedas.
Archimedas nustatė, kad kūnai ore ir vandenyje turi skirtingą svorį, o skirtumas yra tiesiogiai proporcingas išmatuoto kūno tankiui. Išmatavęs karūnos svorį ore ir vandenyje bei atlikęs panašų eksperimentą su visu aukso gabalu, Archimedas įrodė, kad pagamintoje karūnoje yra lengvesnio metalo priemaišos.
Pasak legendos, Archimedas padarė šį atradimą vonioje, stebėdamas purslų vandenį. Kas nutiko toliau su nesąžiningu juvelyru, istorija tyli, tačiau Sirakūzų mokslininko išvada sudarė pagrindą vienam svarbiausių fizikos dėsnių, kuris mums žinomas kaip Archimedo dėsnis.
Formuluotė
Archimedas savo eksperimentų rezultatus išdėstė darbe „Apie plūduriuojančius kūnus“, kuris, deja, iki šių dienų išliko tik fragmentų pavidalu. Šiuolaikinė fizika apibūdina Archimedo dėsnį kaip bendrą jėgą, veikiančią į skystį panardintą kūną. Kūno plūduriavimo jėga skystyje nukreipta į viršų; jo absoliuti vertė lygi išstumto skysčio svoriui.
Skysčių ir dujų poveikis panardintam kūnui
Bet koks objektas, panardintas į skystį, patiria slėgio jėgas. Kiekviename kūno paviršiaus taške šios jėgos nukreiptos statmenai kūno paviršiui. Jei jie būtų vienodi, kūnas patirtų tik suspaudimą. Tačiau slėgio jėgos didėja proporcingai gyliui, todėl apatinis kūno paviršius patiria didesnį suspaudimą nei viršutinis. Galite apsvarstyti ir susumuoti visas jėgas, veikiančias vandenyje esantį kūną. Galutinis jų krypties vektorius bus nukreiptas aukštyn, kūnas išstumiamas iš skysčio. Šių jėgų dydį lemia Archimedo dėsnis. Kūnų navigacija yra visiškai pagrįsta šiuo įstatymu ir įvairiomis jo pasekmėmis. Archimedo jėgos veikia ir dujose. Būtent šių plūdrumo jėgų dėka dirižabliai skraido dangumi ir Balionai: dėl oro išstūmimo jie tampa lengvesni už orą.
Fizinė formulė
Vizualiai Archimedo galią galima parodyti paprastu svėrimu. Sveriant treniruočių svorį vakuume, ore ir vandenyje, matosi, kad jo svoris ženkliai keičiasi. Vakuume svorio svoris yra vienas, ore - šiek tiek mažesnis, o vandenyje - dar mažesnis.
Jei kūno svorį vakuume laikysime P o, tada jo svorį ore galima apibūdinti pagal šią formulę: P \u003d P o - F a;
čia P apie - svoris vakuume;
Kaip matyti iš paveikslo, bet kokie veiksmai sveriant vandenyje žymiai palengvina kūną, todėl tokiais atvejais reikia atsižvelgti į Archimedo jėgą.
Oro atveju šis skirtumas yra nereikšmingas, todėl paprastai į orą panardinto kūno svoris apibūdinamas standartine formule.
Terpės tankis ir Archimedo jėga
Analizuojant paprasčiausius eksperimentus su kūno svoriu įvairiose terpėse, galima prieiti prie išvados, kad kūno svoris įvairiose terpėse priklauso nuo objekto masės ir panardinamosios terpės tankio. Be to, kuo tankesnė terpė, tuo didesnis Archimedo stiprumas. Archimedo įstatymas susiejo šį ryšį, o skysčio ar dujų tankis atsispindi galutinėje formulėje. Kas dar turi įtakos šiai galiai? Kitaip tariant, nuo kokių savybių priklauso Archimedo dėsnis?
Formulė
Archimedo jėgą ir jai veikiančias jėgas galima nustatyti naudojant paprastą loginį samprotavimą. Tarkime, kad tam tikro tūrio kūnas, panardintas į skystį, susideda iš to paties skysčio, į kurį jis yra panardintas. Ši prielaida neprieštarauja jokioms kitoms prielaidoms. Juk kūną veikiančios jėgos jokiu būdu nepriklauso nuo šio kūno tankio. Tokiu atveju kūnas greičiausiai bus subalansuotas, o plūduriuojančią jėgą kompensuos gravitacija.
Taigi kūno pusiausvyra vandenyje bus aprašyta taip.
Tačiau gravitacijos jėga pagal sąlygą yra lygi skysčio, kurį jis išstumia, svoriui: skysčio masė yra lygi tankio ir tūrio sandaugai. Pakeitę žinomas vertes, galite sužinoti kūno svorį skystyje. Šis parametras apibūdinamas kaip ρV * g.
Pakeičiant žinomos vertės, mes gauname:
Tai yra Archimedo dėsnis.
Mūsų gauta formulė tankį apibūdina kaip tiriamo kūno tankį. Tačiau pradinėmis sąlygomis buvo nurodyta, kad kūno tankis yra identiškas aplinkinio skysčio tankiui. Taigi šioje formulėje galite saugiai pakeisti skysčio tankio vertę. Vaizdinis stebėjimas, pagal kurį tankesnėje terpėje plūdrumo jėga yra didesnė, gavo teorinį pagrindimą.
Archimedo įstatymo taikymas
Pirmieji eksperimentai, demonstruojantys Archimedo dėsnį, buvo žinomi nuo mokyklos laikų. Metalinė plokštė skęsta vandenyje, tačiau, sulankstyta dėžės pavidalu, gali ne tik išsilaikyti, bet ir nešti tam tikrą krovinį. Ši taisyklė yra pati svarbiausia Archimedo taisyklės išvada, ji nustato galimybę statyti upių ir jūrų laivus, atsižvelgiant į jų didžiausią talpą (poslinkį). Juk skiriasi jūros ir gėlo vandens tankis, o laivai ir povandeniniai laivai įplaukdami į upių žiotis turi atsižvelgti į šio parametro skirtumus. Neteisingai atliktas skaičiavimas gali sukelti nelaimę – laivas užplauks ant seklumos, o norint jį pakelti reikės didelių pastangų.
Archimedo dėsnis būtinas ir povandeniniams laivininkams. Faktas yra tas, kad jūros vandens tankis keičia savo vertę priklausomai nuo panardinimo gylio. Teisingas tankio apskaičiavimas leis narams teisingai apskaičiuoti oro slėgį kostiumo viduje, o tai turės įtakos naro manevringumui ir užtikrins saugų nardymą bei pakilimą. Gręžiant giluminius vandenis taip pat reikia atsižvelgti į Archimedo principą, didžiuliai gręžimo įrenginiai praranda iki 50% svorio, todėl jų transportavimas ir eksploatavimas yra pigesni.
Darbo tekstas patalpintas be vaizdų ir formulių.
Pilna versija darbą galima rasti skirtuke „Darbo failai“ PDF formatu
Įvadas
Aktualumas: Jei atidžiai pažvelgsite į jus supantį pasaulį, galite atrasti daugybę aplinkui vykstančių įvykių. Nuo seniausių laikų žmogus buvo apsuptas vandens. Kai joje plaukiame, mūsų kūnas tam tikras jėgas išstumia į paviršių. Jau seniai užduodu sau klausimą: „Kodėl kūnai plūduriuoja ar skęsta? Ar vanduo išstumia daiktus?
mano tyrimai siekiama pagilinti pamokoje įgytas žinias apie Archimedo jėgą. Atsakymai į mano klausimus naudojant gyvenimo patirtis, supančios tikrovės stebėjimus, atlikti savo eksperimentus ir paaiškinti savo rezultatus, kurie praplės žinias šia tema. Visi mokslai yra tarpusavyje susiję. O bendras visų mokslų tyrimo objektas yra žmogus „plius“ gamta. Esu tikras, kad Archimedo jėgos veikimo tyrimas yra aktualus šiandien.
Hipotezė: Manau, kad namuose galima apskaičiuoti plūduriuojančios jėgos, veikiančios į skystį panardintą kūną, dydį ir nustatyti, ar ji priklauso nuo skysčio savybių, kūno tūrio ir formos.
Studijų objektas: Plūdrumas skysčiuose.
Užduotys:
Išstudijuoti Archimedo jėgos atradimo istoriją;
Studijuoti mokomąją literatūrą apie Archimedo jėgos veikimą;
Ugdyti savarankiško eksperimento atlikimo įgūdžius;
Įrodykite, kad plūduriuojančios jėgos reikšmė priklauso nuo skysčio tankio.
Tyrimo metodai:
Tyrimai;
Numatomas;
Informacijos paieška;
Stebėjimai
1. Archimedo galios atradimas
Yra žinoma legenda apie tai, kaip Archimedas bėgo gatve ir šaukė "Eureka!" Tai tik pasakoja apie jo atradimą, kad vandens plūduriavimo jėga absoliučia verte yra lygi jo išstumto vandens svoriui, kurio tūris lygus į jį panardinto kūno tūriui. Šis atradimas vadinamas Archimedo įstatymu.
III amžiuje prieš Kristų gyveno Hieronas - senovės Graikijos miesto Sirakūzų karalius ir norėjo pasidaryti naują gryno aukso karūną. Griežtai išmatavo pagal poreikį ir davė juvelyrui užsakymą. Po mėnesio meistras grąžino auksą karūnos pavidalu ir jis svėrė tiek, kiek šio aukso masė. Bet juk visko gali nutikti ir meistras gali apgauti pridėdamas sidabro ar dar blogiau - vario, nes iš akies nepasakysi, o masė tokia, kokia turi būti. O karalius nori žinoti: ar sąžiningai dirbama? Ir tada jis paprašė mokslininko Archimedo patikrinti, ar meistras padarė savo karūną iš gryno aukso. Kaip žinote, kūno masė yra lygi medžiagos, iš kurios pagamintas kūnas, tankio ir jo tūrio sandaugai:. Jeigu skirtingi kūnai ta pati masė, bet jie pagaminti iš skirtingų medžiagų, vadinasi, turės skirtingą tūrį. Jei meistras būtų grąžinęs karaliui ne iš brangakmenių pagamintą karūną, kurios tūrio neįmanoma nustatyti dėl sudėtingumo, o tokios pat formos metalo gabalą, kokį jam buvo padovanojęs karalius, tada iš karto būtų aišku, ar jis ten sumaišė kitą metalą ar ne. O maudydamasis vonioje Archimedas pastebėjo, kad iš jos liejasi vanduo. Jis įtarė, kad jis išsiliejo būtent tiek, kiek užima į vandenį panardintos jo kūno dalys. Ir Archimedas suprato, kad vainiko tūrį galima nustatyti pagal jos išstumto vandens tūrį. Na, o jei galite išmatuoti karūnos tūrį, tada jį galima palyginti su aukso gabalo tūriu, vienodo masės. Archimedas panardino karūną į vandenį ir išmatavo, kaip didėja vandens tūris. Jis taip pat panardino į vandenį aukso gabalėlį, kurio masė buvo tokia pati kaip karūnos. Ir tada jis pamatavo, kaip padidėjo vandens tūris. Abiem atvejais išstumto vandens tūriai buvo skirtingi. Taip meistras buvo nuteistas už apgaulę, o mokslas praturtėjo nepaprastu atradimu.
Iš istorijos žinoma, kad auksinės karūnos problema paskatino Archimedą nagrinėti kūnų plūduriavimo klausimą. Archimedo atlikti eksperimentai buvo aprašyti esė „Apie plūduriuojančius kūnus“, kuri pasiekė mus. Septintąjį šio darbo sakinį (teoremą) Archimedas suformuluoja taip: sunkesni už skystį kūnai, panardinti į šį skystį, skęs, kol pasieks patį dugną, o skystyje jie taps lengvesni nuo skysčio svorio. tūryje, lygiame panardinto kūno tūriui.
Įdomu tai, kad Archimedo jėga lygi nuliui, kai į skystį panardintas kūnas yra tankus, o visa jo bazė prispausta prie dugno.
Pagrindinio hidrostatikos dėsnio atradimas yra didžiausias senovės mokslo laimėjimas.
2. Archimedo dėsnio formulavimas ir paaiškinimas
Archimedo dėsnis apibūdina skysčių ir dujų poveikį į juos panardintą kūną ir yra vienas pagrindinių hidrostatikos ir dujų statikos dėsnių.
Archimedo dėsnis suformuluotas taip: į skystį (arba dujas) panardintą kūną veikia plūduriavimo jėga, lygi skysčio (arba dujų) svoriui panardintos kūno dalies tūryje – ši jėga vadinama. Archimedo galia:
,
kur yra skysčio (dujų) tankis, yra pagreitis laisvas kritimas, - panardintos kūno dalies tūris (arba kūno tūrio dalis žemiau paviršiaus).
Todėl Archimedo jėga priklauso tik nuo skysčio, į kurį panardintas kūnas, tankio ir nuo šio kūno tūrio. Bet tai nepriklauso, pavyzdžiui, nuo kūno, panardintos į skystį, medžiagos tankio, nes šis kiekis nėra įtrauktas į gautą formulę.
Reikia pažymėti, kad kūnas turi būti visiškai apsuptas skysčio (arba susikirsti su skysčio paviršiumi). Taigi, pavyzdžiui, Archimedo dėsnis negali būti taikomas kubui, kuris yra rezervuaro apačioje ir hermetiškai liečia dugną.
3. Archimedo stiprumo nustatymas
Jėga, kuria skystyje esantis kūnas išstumiamas, gali būti nustatyta eksperimentiškai naudojant šį prietaisą:
Ant trikojo pritvirtintos spyruoklės pakabiname nedidelį kibirą ir cilindrinį korpusą. Spyruoklės tempimą pažymime rodykle ant trikojo, rodančia kūno svorį ore. Pakeldami korpusą, stiklinę pakeičiame drenažo vamzdžiu, užpildytu skysčiu iki nutekėjimo vamzdžio lygio. Tada visas kūnas panardinamas į skystį. Tokiu atveju dalis skysčio, kurio tūris lygus kūno tūriui, iš pilamo indo pilama į stiklinę. Spyruoklės rodyklė pakyla, spyruoklė susitraukia, o tai rodo kūno svorio sumažėjimą skystyje. IN Ši byla kūną kartu su gravitacijos jėga veikia ir jėga, kuri išstumia jį iš skysčio. Jei į kibirą (ty tą, kurį išstūmė kūnas) supilsite skystį iš stiklo, spyruoklės rodyklė grįš į pradinę padėtį.
Remdamiesi šia patirtimi, galime daryti išvadą, kad jėga, išstumianti visiškai į skystį panardintą kūną, yra lygi skysčio svoriui šio kūno tūryje. Slėgio skystyje (dujose) priklausomybė nuo kūno panardinimo gylio lemia plūduriuojančios jėgos (Archimedo jėgos), veikiančios bet kurį kūną, panardintą į skystį ar dujas, atsiradimą. Kūnas, veikiamas gravitacijos, juda žemyn. Archimedo jėga visada nukreipta priešingai gravitacijai, todėl kūno svoris skystyje ar dujose visada yra mažesnis už šio kūno svorį vakuume.
Ši patirtis patvirtina, kad Archimedo jėga yra lygi skysčio svoriui kūno tūryje.
4. Plaukiojančių kūnų būklė
Skysčio viduje esantį kūną veikia dvi jėgos: gravitacija, nukreipta vertikaliai žemyn, ir Archimedo jėga, nukreipta vertikaliai aukštyn. Apsvarstykite, kas atsitiks su kūnu, veikiant šioms jėgoms, jei iš pradžių jis buvo nejudantis.
Šiuo atveju galimi trys atvejai:
1) Jei gravitacijos jėga yra didesnė už Archimedo jėgą, tada kūnas skęsta žemyn, tai yra, jis skęsta:
, tada kūnas skęsta;
2) Jei gravitacijos modulis yra lygus Archimedo jėgos moduliui, tada kūnas gali būti pusiausvyroje skysčio viduje bet kuriame gylyje:
, tada kūnas plūduriuoja;
3) Jei Archimedo jėga yra didesnė už gravitacijos jėgą, tada kūnas pakils iš skysčio - plūduriuos:
, tada kūnas plūduriuoja.
Jeigu plūduriuojantis kūnas iš dalies išsikiša virš skysčio paviršiaus, tai panardintos plūduriuojančio kūno dalies tūris yra toks, kad išstumto skysčio svoris būtų lygus plūduriuojančio kūno svoriui.
Archimedo jėga yra didesnė už gravitacijos jėgą, jei skysčio tankis yra didesnis nei kūno, panardinto į skystį, tankis, jei
1) \u003d - kūnas plūduriuoja skystyje ar dujose, 2) > kūnas skęsta 3) < — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.
Būtent šie gravitacijos ir Archimedo jėgos santykio principai naudojami laivų statyboje. Tačiau ant vandens laikosi didžiuliai upių ir jūrų laivai, pagaminti iš plieno, kurių tankis beveik 8 kartus didesnis už vandens tankį. Tai paaiškinama tuo, kad iš plieno pagamintas tik palyginti plonas laivo korpusas, ir dauguma jo tūrį užima oras. Šiuo atveju vidutinė laivo tankio vertė pasirodo daug mažesnė už vandens tankį; todėl ne tik neskęsta, bet ir gali pasiimti transportuoti didelis skaičius krovinys. Laivai, plaukiojantys upėmis, ežerais, jūromis ir vandenynais, yra statomi iš skirtingų medžiagų ir skirtingo tankio. Laivų korpusas dažniausiai gaminamas iš plieno lakštų. Visos vidinės tvirtinimo detalės, suteikiančios laivams tvirtumo, taip pat gaminamos iš metalų. Laivų statybai naudojamos įvairios medžiagos, turinčios ir didesnį, ir mažesnį tankį lyginant su vandeniu. Povandeninės laivo dalies išstumto vandens svoris lygus laivo su kroviniu svoriui ore arba laivą su kroviniu veikiančiai gravitacijos jėgai.
Aviacijai pirmiausia buvo naudojami balionai, kurie anksčiau buvo pripildyti įkaitinto oro, dabar – vandeniliu arba heliu. Kad rutulys pakiltų į orą, būtina, kad rutulį veikianti Archimedo (plūduriavimo) jėga būtų didesnė už gravitacijos jėgą.
5. Eksperimento atlikimas
Ištirkite žalio kiaušinio elgesį įvairių rūšių skysčiuose.
Užduotis: įrodyti, kad plūduriuojančios jėgos reikšmė priklauso nuo skysčio tankio.
Aš paėmiau vieną žalias kiaušinis ir įvairių rūšių skysčiai (1 priedėlis):
Vanduo švarus;
Vanduo, prisotintas druskos;
Saulėgrąžų aliejus.
Pirmiausia įmečiau žalią kiaušinį svarus vanduo– kiaušinis nuskendo – „nuėjo į dugną“ (2 priedas). Tada į stiklinę svarus vanduoįdėjau šaukštą Valgomoji druska, dėl to kiaušinis plūduriuoja (3 priedas). Ir galiausiai kiaušinį nuleidau į stiklinę su saulėgrąžų aliejumi - kiaušinis nugrimzdo į dugną (4 priedas).
Išvada: pirmuoju atveju kiaušinio tankis yra didesnis nei vandens tankis, todėl kiaušinis nuskendo. Antruoju atveju sūraus vandens tankis yra didesnis nei kiaušinio tankis, todėl kiaušinis plūduriuoja skystyje. Trečiuoju atveju kiaušinio tankis taip pat yra didesnis už tankį saulėgrąžų aliejus todėl kiaušinis nuskendo. Todėl kuo didesnis skysčio tankis, tuo mažesnė gravitacijos jėga.
2. Archimedo jėgos poveikis žmogaus organizmui vandenyje.
Patirtimi nustatyti žmogaus kūno tankį, palyginti jį su gėlo ir jūros vandens tankiu ir padaryti išvadą apie esminę žmogaus galimybę plaukti;
Apskaičiuokite žmogaus svorį ore, Archimedo jėgą, veikiančią žmogų vandenyje.
Pirmiausia aš naudoju svarstykles savo kūno svoriui išmatuoti. Tada išmatavo kūno apimtį (be galvos apimties). Tam į vonią įpyliau tiek vandens, kad paniręs į vandenį būčiau visiškai vandenyje (išskyrus galvą). Tada centimetrine juostele nuo viršutinio vonios krašto pažymėjau atstumą iki vandens lygio ℓ 1, o tada - panardinus į vandenį ℓ 2. Po to, naudodamas iš anksto sukalibruotą trijų litrų stiklainį, pradėjau pilti vandenį į vonią nuo ℓ 1 lygio iki ℓ 2 lygio - todėl išmatavau mano išstumto vandens tūrį (5 priedas). Aš apskaičiavau tankį pagal formulę:
Sunkio jėga, veikianti kūną ore, buvo apskaičiuota pagal formulę: , kur laisvojo kritimo pagreitis ≈ 10 . Plūdrumo jėgos vertė buvo apskaičiuota pagal 2 dalyje aprašytą formulę.
Išvada: žmogaus kūnas yra tankesnis nei gėlas vanduo, vadinasi, jis jame skęsta. Žmogui lengviau plaukti jūroje nei upėje, nes jūros vandens tankis didesnis, todėl daugiau vertės plūduriuojanti jėga.
Išvada
Dirbdami su šia tema, sužinojome daug naujų ir įdomių dalykų. Mūsų žinių ratas išaugo ne tik Archimedo jėgos veikimo srityje, bet ir jos pritaikymo gyvenime. Prieš pradėdami dirbti, mes turėjome toli gražu ne išsamią idėją apie tai. Eksperimentų metu eksperimentiškai patvirtinome Archimedo dėsnio pagrįstumą ir išsiaiškinome, kad plūduriavimo jėga priklauso nuo kūno tūrio ir skysčio tankio, kuo didesnis skysčio tankis, tuo didesnė Archimedo jėga. Susidaranti jėga, kuri lemia kūno elgesį skystyje, priklauso nuo kūno masės, tūrio ir skysčio tankio.
Be atliktų eksperimentų, papildomos literatūros apie Archimedo galios atradimą, apie kūnų navigaciją, aeronautiką.
Kiekvienas iš jūsų gali padaryti nuostabių atradimų, ir tam jums nereikia turėti jokių specialių žinių ar galingos įrangos. Tereikia atidžiau pažvelgti į mus supantį pasaulį, būti kiek savarankiškesniems savo sprendimuose, ir atradimai neprivers jūsų laukti. Daugumos žmonių nenoras žinoti pasaulis palieka daug vietos smalsuoliams netikėčiausiose vietose.
Bibliografija
1. Didžioji eksperimentų knyga moksleiviams - M.: Rosmen, 2009. - 264 p.
2. Vikipedija: https://ru.wikipedia.org/wiki/Law_Archimedes.
3. Perelman Ya.I. Linksma fizika. - 1 knyga. - Jekaterinburgas .: Disertacija, 1994 m.
4. Perelman Ya.I. Linksma fizika. - 2 knyga. - Jekaterinburgas .: Disertacija, 1994 m.
5. Peryshkin A.V. Fizika: 7 klasė: vadovėlis skirta švietimo įstaigų/ A.V. Periškinas. – 16 leid., stereotipas. - M.: Bustard, 2013. - 192 p.: iliustr.
1 priedas
2 priedas
3 priedas
4 priedas
Archimedo jėgos atsiradimo priežastis yra terpės slėgio skirtumas skirtinguose gyliuose. Todėl Archimedo jėga atsiranda tik esant gravitacijai. Mėnulyje jo bus šešis kartus, o Marse – 2,5 karto mažiau nei Žemėje.
Nesvarumo būsenoje nėra Archimedo jėgos. Jei įsivaizduosime, kad gravitacija Žemėje staiga išnyko, tai visi laivai jūrose, vandenynuose ir upėse nuo menkiausio postūmio pateks į bet kokį gylį. Bet vandens paviršiaus įtempimas, kuris nepriklauso nuo gravitacijos, neleis jiems pakilti, todėl jie negalės pakilti, jie visi nuskęs.
Kaip pasireiškia Archimedo galia?
Archimedo jėgos dydis priklauso nuo panardinto kūno tūrio ir terpės, kurioje jis yra, tankio. Tikslus šiuolaikiniu požiūriu: kūną, panardintą į skystą ar dujinę terpę gravitacijos lauke, veikia plūduriavimo jėga, lygiai lygi kūno išstumtos terpės svoriui, ty F = ρgV, kur F yra Archimedo pajėgos; ρ – terpės tankis; g – laisvojo kritimo pagreitis; V – panardinto kūno ar jo dalies išstumto skysčio (dujų) tūris.
Jei gėlame vandenyje 1 kg (9,81 N) plūdrumo jėga veikia kiekvieną panardinto kūno tūrio litrą, tai jūros vanduo, kurio tankis 1,025 kg * kub. dm, tą patį litrą tūrio veiks Archimedo jėga 1 kg 25 g Vidutinio kūno sudėjimo žmogui jūros ir gėlo vandens atramos jėgos skirtumas bus beveik 1,9 kg. Todėl maudytis jūroje lengviau: įsivaizduokite, kad reikia nuplaukti bent tvenkinį be srovės su dviejų kilogramų hanteliu dirže.
Archimedo jėga nepriklauso nuo panardinto kūno formos. Paimkite geležinį cilindrą, išmatuokite jo stiprumą iš vandens. Tada susukite šį cilindrą į lakštą, panardinkite į vandenį lygiai ir kraštais. Visais trimis atvejais Archimedo stiprumas bus toks pat.
Iš pirmo žvilgsnio keista, bet jei lakštas panardinamas plokščias, tai plono lakšto slėgio skirtumo sumažėjimą kompensuoja jo ploto padidėjimas statmenai vandens paviršiui. O panardinus krašteliu, priešingai, nedidelį krašto plotą kompensuoja didesnis lapo aukštis.
Jei vanduo labai stipriai prisotintas druskų, todėl jo tankis tapo didesnis nei žmogaus kūno tankis, tai jame nepaskęs net ir nemokantis plaukti žmogus. Pavyzdžiui, Negyvojoje jūroje Izraelyje turistai gali valandų valandas gulėti ant vandens nejudėdami. Tiesa, vaikščioti juo vis tiek neįmanoma - atramos plotas pasirodo mažas, žmogus įkrenta į vandenį iki gerklės, kol panardintos kūno dalies svoris prilygsta. jo išstumto vandens svorio. Tačiau jei turite tam tikrą vaizduotę, galite pridėti legendą apie vaikščiojimą vandeniu. Bet žibale, kurio tankis yra tik 0,815 kg * kub. dm, negalės išsilaikyti ant paviršiaus ir labai patyręs plaukikas.
Archimedo jėga dinamikoje
Tai, kad laivai plaukioja Archimedo galios dėka, žino visi. Tačiau žvejai žino, kad Archimedo jėgą galima panaudoti ir dinamikoje. Jei užkibo didelė ir stipri žuvis (pvz., taimen), tai lėtai traukti iki valo (ištraukti) – ne: nulaužs valą ir paliks. Kai ji išeina, pirmiausia turite lengvai patraukti. Tuo pačiu metu pajutusi kabliuką, žuvis, bandydama jo atsikratyti, veržiasi link žvejo. Tada reikia traukti labai stipriai ir staigiai, kad meškerė nespėtų nutrūkti.
Vandenyje žuvies kūnas beveik nieko nesveria, tačiau jo masė išsaugoma su inercija. Taikant šį žvejybos būdą, Archimedo jėga tarsi duos žuviai uodegą, o pats grobis nukris prie žvejo kojų arba į jo valtį.
Archimedo jėga ore
Archimedo jėga veikia ne tik skysčiuose, bet ir dujose. Jos dėka skraido oro balionai ir dirižabliai (cepelinai). 1 kub. m oro at normaliomis sąlygomis(20 laipsnių Celsijaus jūros lygyje) sveria 1,29 kg, o 1 kg helio sveria 0,21 kg. Tai yra, 1 kubinis metras užpildyto apvalkalo gali pakelti 1,08 kg krovinį. Jei apvalkalas yra 10 m skersmens, tada jo tūris bus 523 kubiniai metrai. m Padarius tai iš lengvos sintetinės medžiagos, gauname apie pusės tonos keliamąją jėgą. Archimedo jėgą ore aeronautai vadina plūduriuojančia jėga.
Jei iš baliono išpumpuojamas oras, neleidžiant jam susiglamžyti, tai kiekvienas jo kubinis metras ištrauks visus 1,29 kg. Techniškai labai viliojantis keltuvo padidėjimas daugiau nei 20%, tačiau helis yra brangus, o vandenilis yra sprogus. Todėl karts nuo karto gimsta vakuuminių dirižablių projektai. Tačiau medžiagos, galinčios atlaikyti didelį (apie 1 kg/kv. cm) atmosferos slėgį iš išorės ant apvalkalo, moderni technologija dar nesugeba sukurti.
