LEGEA LUI ARHIMEDE– legea staticii lichidelor și gazelor, conform căreia o forță de plutire acționează asupra unui corp scufundat într-un lichid (sau gaz), egal cu greutatea fluide din volumul corpului.
Faptul că o anumită forță acționează asupra unui corp scufundat în apă este binecunoscut de toată lumea: corpurile grele par să devină mai ușoare – de exemplu, propriul nostru corp atunci când sunt scufundate într-o baie. Când înotați într-un râu sau în mare, puteți ridica și muta cu ușurință pietre foarte grele de-a lungul fundului - cele pe care nu le putem ridica pe uscat; același fenomen se observă atunci când, dintr-un anumit motiv, o balenă se dovedește a fi spălată pe țărm - afară mediu acvatic animalul nu se poate mișca - greutatea sa depășește capacitățile sistemului său muscular. În același timp, corpurile ușoare rezistă scufundării în apă: scufundarea unei mingi de mărimea unui pepene mic necesită atât forță, cât și dexteritate; Cel mai probabil, nu va fi posibilă scufundarea unei mingi cu un diametru de jumătate de metru. Este intuitiv clar că răspunsul la întrebarea - de ce plutește un corp (și altul se scufundă) este strâns legat de efectul lichidului asupra corpului scufundat în el; nu se poate mulțumi cu răspunsul că corpurile ușoare plutesc și cele grele se scufundă: o placă de oțel, desigur, se va scufunda în apă, dar dacă faci o cutie din ea, atunci poate pluti; totuși, greutatea ei nu s-a schimbat. Pentru a înțelege natura forței care acționează asupra unui corp scufundat din partea unui lichid, este suficient să luăm în considerare un exemplu simplu (Fig. 1).
Cub cu muchie o scufundat în apă, iar atât apa cât și cubul sunt nemișcate. Se știe că presiunea într-un lichid greu crește proporțional cu adâncimea – este evident că o coloană mai mare de lichid presă mai puternic pe bază. Este mult mai puțin evident (sau deloc evident) că această presiune acționează nu numai în jos, ci și lateral și în sus cu aceeași intensitate - aceasta este legea lui Pascal.
Dacă luăm în considerare forțele care acționează asupra cubului (Fig. 1), atunci, datorită simetriei evidente, forțele care acționează asupra opusului fetele laterale, direcții egale și opuse - încearcă să comprime cubul, dar nu pot influența echilibrul sau mișcarea acestuia. Rămân forțe care acționează pe fețele superioare și inferioare. Lasă h– adâncimea de scufundare a feței superioare, r- densitatea fluidului, g– accelerarea gravitației; atunci presiunea pe fața superioară este egală cu
r· g · h = p 1
iar pe fund
r· g(h+a)= p 2
Forța de presiune este egală cu presiunea înmulțită cu suprafața, adică.
F 1 = p 1 · o\up122, F 2 = p 2 · o\up122 , unde o- muchia cubului,
și putere F 1 este îndreptată în jos și forța F 2 – sus. Astfel, acțiunea lichidului asupra cubului se reduce la două forțe - F 1 și F 2 și este determinată de diferența lor, care este forța de flotabilitate:
F 2 – F 1 =r· g· ( h+a)o\up122 – r gha· o 2 = pga 2
Forța este plutitoare, deoarece marginea inferioară este situată în mod natural sub cea superioară, iar forța care acționează în sus este mai mare decât forța care acționează în jos. Magnitudinea F 2 – F 1 = pga 3 este egal cu volumul corpului (cubul) o 3 înmulțit cu greutatea unui centimetru cub de lichid (dacă luăm 1 cm ca unitate de lungime). Cu alte cuvinte, forța de plutire, care este adesea numită forța arhimediană, este egală cu greutatea lichidului în volumul corpului și este îndreptată în sus. Această lege a fost stabilită de savantul grec antic Arhimede, unul dintre cei mai mari oameni de știință de pe Pământ.
Dacă un corp de formă arbitrară (Fig. 2) ocupă un volum în interiorul lichidului V, atunci efectul unui lichid asupra unui corp este complet determinat de presiunea distribuită pe suprafața corpului și observăm că această presiune este complet independentă de materialul corpului - („lichidul nu-i pasă ce să apăsați pe”).
Pentru a determina forța de presiune rezultată pe suprafața corpului, trebuie să eliminați mental din volum V corp datși umpleți (mental) acest volum cu același lichid. Pe de o parte, există un vas cu un lichid în repaus, pe de altă parte, în interiorul volumului V- un corp format dintr-un lichid dat, iar acest corp se află în echilibru sub influența propriei greutăți (lichidul este greu) și a presiunii lichidului pe suprafața volumului V. Deoarece greutatea lichidului în volumul unui corp este egală cu pgVși este echilibrată de forțele de presiune rezultate, atunci valoarea sa este egală cu greutatea lichidului în volum V, adică pgV.
După ce a făcut mental înlocuirea inversă - plasând-o în volum V corp dat și observând că această înlocuire nu va afecta distribuția forțelor de presiune pe suprafața volumului V, putem concluziona: asupra unui corp scufundat într-un lichid greu în repaus acţionează o forţă ascendentă (forţa arhimediană), egală cu greutatea lichidului în volumul corpului dat.
În mod similar, se poate demonstra că dacă un corp este parțial scufundat într-un lichid, atunci forța arhimediană este egală cu greutatea lichidului în volumul părții scufundate a corpului. Dacă în acest caz forța arhimediană este egală cu greutatea, atunci corpul plutește pe suprafața lichidului. Evident, dacă imersiune totală Forța lui Arhimede va fi mai mică decât greutatea corpului, apoi se va îneca. Arhimede a introdus conceptul de „gravitate specifică” g, adică greutatea pe unitatea de volum a unei substanțe: g = pg; dacă presupunem că pentru apă g= 1, apoi un corp solid de materie pentru care g> 1 se va îneca și când g < 1 будет плавать на поверхности; при g= 1 un corp poate pluti (plana) în interiorul unui lichid. În concluzie, observăm că legea lui Arhimede descrie comportamentul baloanelor în aer (în repaus la viteze mici).
Vladimir Kuznețov
De multe ori descoperirile științifice sunt rezultatul unei simple întâmplări. Dar numai oamenii cu o minte antrenată pot aprecia importanța unei simple coincidențe și pot trage concluzii de amploare din aceasta. Este datorită lanțului evenimente aleatorii Legea lui Arhimede a apărut în fizică, explicând comportamentul corpurilor în apă.
Tradiţie
La Siracuza s-au făcut legende despre Arhimede. Într-o zi, conducătorul acestui oraș glorios s-a îndoit de onestitatea bijutierului său. Coroana făcută pentru domnitor trebuia să conțină o anumită cantitate de aur. Arhimede a fost însărcinat să verifice acest fapt.
Arhimede a stabilit că corpurile din aer și apă au greutăți diferite, iar diferența este direct proporțională cu densitatea corpului măsurat. Măsurând greutatea coroanei în aer și în apă și efectuând un experiment similar cu o bucată întreagă de aur, Arhimede a demonstrat că în coroana fabricată există un amestec de metal mai ușor.
Potrivit legendei, Arhimede a făcut această descoperire în cadă, urmărind apa stropind. Istoria tace despre ceea ce s-a întâmplat lângă bijutierul necinstit, dar concluzia savantului din Siracuza a stat la baza uneia dintre cele mai importante legi ale fizicii, care este cunoscută de noi drept legea lui Arhimede.
Formulare
Arhimede a prezentat rezultatele experimentelor sale în lucrarea sa „Despre corpurile plutitoare”, care, din păcate, a supraviețuit până astăzi doar sub formă de fragmente. Fizica modernă descrie legea lui Arhimede ca o forță cumulativă care acționează asupra unui corp scufundat într-un lichid. Forța de plutire a unui corp într-un lichid este îndreptată în sus; valoarea sa absolută este egală cu greutatea fluidului deplasat.
Acțiunea lichidelor și gazelor asupra unui corp scufundat
Orice obiect scufundat într-un lichid suferă forțe de presiune. În fiecare punct de pe suprafața corpului, aceste forțe sunt direcționate perpendicular pe suprafața corpului. Dacă ar fi la fel, corpul ar experimenta doar compresie. Dar forțele de presiune cresc proporțional cu adâncimea, astfel încât suprafața inferioară a corpului experimentează mai multă compresie decât cea superioară. Puteți lua în considerare și aduna toate forțele care acționează asupra unui corp în apă. Vectorul final al direcției lor va fi îndreptat în sus, iar corpul va fi împins afară din lichid. Mărimea acestor forțe este determinată de legea lui Arhimede. Plutirea corpurilor se bazează în întregime pe această lege și pe diverse consecințe ale acesteia. Forțele arhimediene acționează și în gaze. Datorită acestor forțe de flotabilitate, dirijabilele zboară pe cer și baloane: Deplasarea aerului le face mai ușoare decât aerul.
Formula fizica
Puterea lui Arhimede poate fi demonstrată clar printr-o simplă cântărire. Cântărind o greutate de antrenament în vid, în aer și în apă, puteți vedea că greutatea acesteia se modifică semnificativ. În vid greutatea greutății este aceeași, în aer este puțin mai mică, iar în apă este și mai mică.
Dacă luăm greutatea unui corp în vid ca P o, atunci greutatea acestuia în aer poate fi descrisă prin următoarea formulă: P in = P o - F a;
aici P o - greutatea în vid;
După cum se poate observa din figură, orice acțiune care implică cântărirea în apă ușurează semnificativ corpul, așa că în astfel de cazuri trebuie luată în considerare forța Arhimede.
Pentru aer, această diferență este neglijabilă, așa că de obicei greutatea unui corp scufundat în aer este descrisă de formula standard.
Densitatea mediului și forța lui Arhimede
Analizând cele mai simple experimente cu greutatea corporală în diverse medii, putem ajunge la concluzia că greutatea unui corp în diverse medii depinde de masa obiectului și de densitatea mediului de imersie. Mai mult, cu cât mediul este mai dens, cu atât forța lui Arhimede este mai mare. Legea lui Arhimede a legat această relație și densitatea unui lichid sau gaz se reflectă în formula sa finală. Ce altceva influențează această forță? Cu alte cuvinte, de ce caracteristici depinde legea lui Arhimede?
Formula
Forța arhimediană și forțele care o influențează pot fi determinate folosind deducții logice simple. Să presupunem că un corp cu un anumit volum scufundat într-un lichid este format din același lichid în care este scufundat. Această presupunere nu contrazice nicio altă premisă. La urma urmei, forțele care acționează asupra unui corp nu depind în niciun caz de densitatea acestui corp. În acest caz, corpul va fi cel mai probabil în echilibru, iar forța de plutire va fi compensată de gravitație.
Astfel, echilibrul unui corp în apă va fi descris după cum urmează.
Dar forța gravitației, din condiție, este egală cu greutatea lichidului pe care îl deplasează: masa lichidului este egală cu produsul densității și volumului. Prin înlocuirea unor cantități cunoscute, puteți afla greutatea unui corp într-un lichid. Acest parametru este descris ca ρV * g.
Înlocuind valori cunoscute, obținem:
Aceasta este legea lui Arhimede.
Formula derivată descrie densitatea ca fiind densitatea corpului studiat. Dar în condițiile inițiale s-a indicat că densitatea corpului este identică cu densitatea lichidului din jur. Astfel, puteți înlocui în siguranță valoarea densității lichidului în această formulă. Observația vizuală că într-un mediu mai dens forța de flotabilitate este mai mare a primit justificare teoretică.
Aplicarea Legii lui Arhimede
Primele experimente care demonstrează legea lui Arhimede sunt cunoscute încă de la școală. O placă de metal se scufundă în apă, dar, pliată într-o cutie, poate nu numai să rămână pe linia de plutire, ci și să poarte o anumită sarcină. Această regulă este cea mai importantă concluzie din regula lui Arhimede, ea determină posibilitatea de a construi nave fluviale și maritime ținând cont de capacitatea lor maximă (deplasarea). La urma urmei, densitatea apei mari și proaspete este diferită, iar navele și submarinele trebuie să țină cont de modificările acestui parametru atunci când intră în gurile de râu. Un calcul incorect poate duce la dezastru - nava va eșua și vor fi necesare eforturi semnificative pentru a o ridica.
Legea lui Arhimede este necesară și pentru submariniști. Cert este că densitatea apei de mare își schimbă valoarea în funcție de adâncimea de scufundare. Calculul corect al densității va permite submarinaștilor să calculeze corect presiunea aerului din interiorul costumului, ceea ce va afecta manevrabilitatea scafandrului și va asigura scufundarea și ascensiunea în siguranță. De asemenea, legea lui Arhimede trebuie luată în considerare atunci când instalațiile de foraj uriașe își pierd până la 50% din greutate, ceea ce face ca transportul și exploatarea lor să fie mai puțin costisitoare;
Textul lucrării este postat fără imagini și formule.
Versiune completă munca este disponibilă în fila „Fișiere de lucru” în format PDF
Introducere
Relevanţă: Dacă aruncați o privire atentă asupra lumii din jurul vostru, puteți descoperi multe evenimente care se petrec în jurul vostru. Din cele mai vechi timpuri, omul a fost înconjurat de apă. Când înotăm în el, corpul nostru împinge unele forțe la suprafață. Mi-am pus de multă vreme întrebarea: „De ce plutesc sau se scufundă corpurile? Apa împinge obiectele afară?”
Mele munca de cercetare are ca scop aprofundarea cunoștințelor acumulate în lecția despre forța arhimediană. Răspunsuri la întrebările care mă interesează folosind experiență de viață, observații ale realității înconjurătoare, conduceți propriile experimente și explicați rezultatele acestora, ceea ce va extinde cunoștințele pe această temă. Toate științele sunt interconectate. Iar obiectul comun de studiu al tuturor științelor este omul „plus” natura. Sunt sigur că studiul acțiunii forței arhimedeene este actual astăzi.
Ipoteză: Presupun că acasă puteți calcula magnitudinea forței de flotabilitate care acționează asupra unui corp scufundat într-un lichid și puteți determina dacă aceasta depinde de proprietățile lichidului, de volumul și forma corpului.
Obiectul de studiu: Forța de flotabilitate în lichide.
Sarcini:
Studiază istoria descoperirii forței arhimedeene;
Studierea literaturii educaționale despre acțiunea forței arhimedeene;
Dezvoltați abilitățile în efectuarea de experimente independente;
Demonstrați că valoarea forței de plutire depinde de densitatea lichidului.
Metode de cercetare:
Cercetare;
Calculat;
Căutare de informații;
Observatii
1. Descoperirea puterii lui Arhimede
Există o legendă faimoasă despre cum Arhimede a alergat pe stradă și a strigat „Eureka!” Aceasta spune doar povestea descoperirii sale că forța de plutire a apei este egală ca mărime cu greutatea apei deplasată de ea, al cărei volum este egal cu volumul corpului scufundat în ea. Această descoperire se numește legea lui Arhimede.
În secolul al III-lea î.Hr., acolo locuia Hiero, regele vechiului oraș grecesc Siracuza, și dorea să-și facă o nouă coroană din aur pur. L-am măsurat exact la nevoie și am dat comanda bijutierului. O lună mai târziu, maestrul a returnat aurul sub formă de coroană și cântărea cât masa aurului dat. Dar se poate întâmpla orice și stăpânul ar fi putut înșela adăugând argint sau, chiar mai rău, cupru, pentru că nu poți face diferența cu ochii, dar masa este ceea ce ar trebui să fie. Și regele vrea să știe: lucrarea a fost făcută cinstit? Și apoi, l-a rugat pe omul de știință Arhimede să verifice dacă maestrul și-a făcut coroana din aur pur. După cum se știe, masa unui corp este egală cu produsul dintre densitatea substanței din care este făcut corpul și volumul său: . Dacă tu corpuri diferite aceeași masă, dar sunt formate din substanțe diferite, ceea ce înseamnă că vor avea volume diferite. Dacă maestrul i-ar fi întors regelui nu o coroană făcută de bijuterii, al cărei volum este imposibil de determinat din cauza complexității sale, ci o bucată de metal de aceeași formă pe care i-a dat-o regele, atunci ar fi fost imediat clar. indiferent dacă amestecase un alt metal în el sau nu. Și în timp ce făcea baie, Arhimede a observat că din ea se revărsa apă. Bănuia că se revarsa exact în volumul pe care îl ocupau părțile corpului său scufundate în apă. Și lui Arhimede și-a dat seama că volumul coroanei poate fi determinat de volumul de apă deplasat de aceasta. Ei bine, dacă puteți măsura volumul coroanei, atunci acesta poate fi comparat cu volumul unei piese de aur de masă egală. Arhimede a scufundat coroana în apă și a măsurat modul în care a crescut volumul apei. De asemenea, a scufundat o bucată de aur în apă, a cărei masă era aceeași cu cea a coroanei. Și apoi a măsurat cum a crescut volumul de apă. Volumele de apă deplasate în cele două cazuri s-au dovedit a fi diferite. Astfel, maestrul a fost demascat ca un inselator, iar stiinta s-a imbogatit cu o minunata descoperire.
Din istorie se știe că problema coroanei de aur l-a determinat pe Arhimede să studieze problema plutirii corpurilor. Experimentele efectuate de Arhimede au fost descrise în eseul „Despre corpurile plutitoare”, care a ajuns până la noi. A șaptea propoziție (teoremă) a acestei lucrări a fost formulată de Arhimede astfel: corpurile mai grele decât lichidul, scufundate în acest lichid, se vor scufunda până vor ajunge chiar la fund, iar în lichid vor deveni mai ușoare cu greutatea lichidului. într-un volum egal cu volumul corpului scufundat.
Este interesant că forța lui Arhimede este zero atunci când un corp scufundat într-un lichid este apăsat strâns pe fund cu întreaga sa bază.
Descoperirea legii fundamentale a hidrostaticii este cea mai mare realizare a științei antice.
2. Formularea și explicarea legii lui Arhimede
Legea lui Arhimede descrie efectul lichidelor și gazelor asupra unui corp scufundat în ele și este una dintre principalele legi ale hidrostaticii și ale staticii gazelor.
Legea lui Arhimede este formulată după cum urmează: un corp scufundat într-un lichid (sau gaz) este acționat de o forță de plutire egală cu greutatea lichidului (sau gazului) în volumul părții scufundate a corpului - această forță este numit prin puterea lui Arhimede:
,
unde este densitatea lichidului (gazului), este accelerația cădere liberă, - volumul părții scufundate a corpului (sau partea din volum a corpului situată sub suprafață).
În consecință, forța arhimediană depinde doar de densitatea lichidului în care este scufundat corpul și de volumul acestui corp. Dar nu depinde, de exemplu, de densitatea substanței unui corp scufundat într-un lichid, deoarece această cantitate nu este inclusă în formula rezultată.
Trebuie remarcat faptul că corpul trebuie să fie complet înconjurat de lichid (sau să se intersecteze cu suprafața lichidului). Deci, de exemplu, legea lui Arhimede nu poate fi aplicată unui cub care se află pe fundul unui rezervor, atingând ermetic fundul.
3. Definiția forței lui Arhimede
Forța cu care un corp dintr-un lichid este împins de acesta poate fi determinată experimental folosind acest dispozitiv:
Atârnăm o găleată mică și un corp cilindric pe un arc fixat pe un trepied. Marcam întinderea arcului cu o săgeată pe un trepied, arătând greutatea corpului în aer. După ce am ridicat corpul, punem sub el un pahar cu un tub de drenaj, umplut cu lichid până la nivelul tubului de drenaj. După care corpul este scufundat în întregime în lichid. În acest caz, o parte din lichid, al cărui volum este egal cu volumul corpului, este turnată din vasul de turnare în sticlă. Indicatorul arcului se ridică și arcul se contractă, indicând o scădere a greutății corporale în lichid. ÎN în acest caz, Odată cu forța gravitațională, un corp este acționat și de o forță care îl împinge afară din lichid. Dacă lichidul dintr-un pahar este turnat în găleată (adică lichidul care a fost deplasat de corp), atunci indicatorul arcului va reveni la poziția inițială.
Pe baza acestui experiment, putem concluziona că forța care împinge un corp complet scufundat într-un lichid este egală cu greutatea lichidului în volumul acestui corp. Dependența presiunii dintr-un lichid (gaz) de adâncimea de scufundare a unui corp duce la apariția unei forțe de flotabilitate (forța lui Arhimede) care acționează asupra oricărui corp scufundat într-un lichid sau gaz. Când un corp se scufundă, se mișcă în jos sub influența gravitației. Forța arhimediană este întotdeauna îndreptată opus forței gravitației, prin urmare greutatea unui corp într-un lichid sau gaz este întotdeauna mai mică decât greutatea acestui corp în vid.
Acest experiment confirmă faptul că forța arhimediană este egală cu greutatea lichidului în volumul corpului.
4. Starea corpurilor plutitoare
Un corp situat în interiorul unui lichid este acționat de două forțe: forța gravitațională, îndreptată vertical în jos, și forța arhimediană, îndreptată vertical în sus. Să luăm în considerare ce se va întâmpla cu corpul sub influența acestor forțe dacă la început a fost nemișcat.
În acest caz, sunt posibile trei cazuri:
1) Dacă forța gravitației este mai mare decât forța arhimediană, atunci corpul coboară, adică se scufundă:
, apoi corpul se îneacă;
2) Dacă modulul de greutate este egal cu modulul de forță arhimediană, atunci corpul poate fi în echilibru în interiorul lichidului la orice adâncime:
, apoi corpul plutește;
3) Dacă forța arhimediană este mai mare decât forța gravitației, atunci corpul se va ridica din lichid - plutește:
, apoi corpul plutește.
Dacă un corp plutitor iese parțial deasupra suprafeței lichidului, atunci volumul părții imersate a corpului plutitor este astfel încât greutatea lichidului deplasat este egală cu greutatea corpului plutitor.
Forța arhimediană este mai mare decât gravitația dacă densitatea lichidului este mai mare decât densitatea corpului scufundat în lichid, dacă
1) =— un corp plutește într-un lichid sau gaz, 2) >—corpul se îneacă, 3) < — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.
Aceste principii ale relației dintre gravitație și forța lui Arhimede sunt folosite în transport maritim. Cu toate acestea, plutesc pe apă uriașe nave fluviale și maritime din oțel, a căror densitate este de aproape 8 ori mai mare decât densitatea apei. Acest lucru se explică prin faptul că doar o cocă relativ subțire a navei este realizată din oțel și cele mai multe volumul său este ocupat de aer. Densitatea medie a navei în acest caz se dovedește a fi semnificativ mai mică decât densitatea apei; prin urmare, nu numai că nu se scufundă, dar poate fi și transportat număr mare marfă. Navele care navighează pe râuri, lacuri, mări și oceane sunt construite din materiale diferite cu densități diferite. Coca navelor este de obicei realizată din tablă de oțel. Toate elementele de fixare interioare care conferă rezistență navelor sunt, de asemenea, realizate din metale. Pentru construirea navelor se folosesc materiale diferite, care au atât densitate mai mare, cât și mai mică comparativ cu apa. Greutatea apei deplasată de partea subacvatică a navei este egală cu greutatea navei cu încărcătura în aer sau cu forța gravitațională care acționează asupra navei cu încărcătura.
Pentru aeronautică s-au folosit mai întâi baloane, care anterior erau umplute cu aer încălzit, acum cu hidrogen sau heliu. Pentru ca mingea să se ridice în aer, este necesar ca forța arhimediană (flotabilitatea) care acționează asupra mingii să fie mai mare decât forța gravitației.
5. Realizarea experimentului
Investigați comportamentul unui ou crud în diferite tipuri de lichide.
Obiectiv: a demonstra că valoarea forței de plutire depinde de densitatea lichidului.
am luat unul ou crudși diferite tipuri de lichide (Anexa 1):
Apa este curată;
apă saturată cu sare;
Ulei de floarea soarelui.
Mai întâi am pus oul crud apă curată- oul s-a scufundat - „a mers la fund” (Anexa 2). Apoi într-un pahar cu apă curată Am adaugat o lingura sare de masă, ca urmare oul plutește (Anexa 3). Și în cele din urmă, am coborât oul într-un pahar cu ulei de floarea soarelui - oul s-a scufundat în fund (Anexa 4).
Concluzie: în primul caz, densitatea oului este mai mare decât densitatea apei și, prin urmare, oul s-a scufundat. În al doilea caz, densitatea apei sărate este mai mare decât densitatea oului, astfel încât oul plutește în lichid. În al treilea caz, densitatea oului este, de asemenea, mai mare decât densitatea ulei de floarea soarelui, așa că oul s-a scufundat. Prin urmare, cu cât densitatea lichidului este mai mare, cu atât forța gravitației este mai mică.
2. Acţiunea forţei arhimedice asupra corpului uman în apă.
Determinați experimental densitatea corpului uman, comparați-o cu densitatea apei dulci și de mare și trageți o concluzie despre capacitatea fundamentală a unei persoane de a înota;
Calculați greutatea unei persoane în aer și forța arhimediană care acționează asupra unei persoane în apă.
În primul rând, mi-am măsurat greutatea corporală folosind o cântar. Apoi a măsurat volumul corpului (fără volumul capului). Pentru a face acest lucru, am turnat suficientă apă în baie, astfel încât atunci când m-am scufundat în apă, să fiu complet scufundat (cu excepția capului). Apoi, folosind o bandă de centimetri, am marcat distanța de la marginea superioară a băii până la nivelul apei ℓ 1, apoi când am fost scufundat în apă ℓ 2. După aceea, folosind un borcan pre-gradat de trei litri, am început să turnez apă în baie de la nivelul ℓ 1 la nivelul ℓ 2 - așa am măsurat volumul de apă pe care l-am deplasat (Anexa 5). Am calculat densitatea folosind formula:
Forța gravitației care acționează asupra unui corp în aer a fost calculată folosind formula: , unde este accelerația gravitației ≈ 10. Valoarea forței de flotabilitate a fost calculată folosind formula descrisă în paragraful 2.
Concluzie: Corpul uman este mai dens decât apa dulce, ceea ce înseamnă că se îneacă în ea. Este mai ușor pentru o persoană să înoate în mare decât într-un râu, deoarece densitatea apei de mare este mai mare și, prin urmare, mai multă valoare forță de plutire.
Concluzie
În procesul de lucru pe această temă, am învățat o mulțime de lucruri noi și interesante. Gama cunoștințelor noastre a crescut nu numai în domeniul de acțiune al puterii lui Arhimede, ci și în aplicarea acesteia în viață. Înainte de a începe lucrul, am avut o idee departe de a fi detaliată despre asta. În timpul experimentelor, am confirmat experimental validitatea legii lui Arhimede și am descoperit că forța de flotabilitate depinde de volumul corpului și de densitatea lichidului cu cât densitatea lichidului este mai mare, cu atât forța arhimedeană este mai mare; Forța rezultată, care determină comportamentul unui corp într-un lichid, depinde de masa, volumul corpului și densitatea lichidului.
Pe lângă experimentele efectuate, a fost studiat lectură în continuare despre descoperirea puterii lui Arhimede, despre plutirea corpurilor, aeronautica.
Fiecare dintre voi poate face descoperiri uimitoare și pentru aceasta nu este nevoie să aveți cunoștințe speciale sau echipamente puternice. Trebuie doar să ne uităm puțin mai atent la lumea din jurul nostru, să fim puțin mai independenți în judecățile noastre, iar descoperirile nu vă vor face să așteptați. Reticența majorității oamenilor de a ști lumea din jurul nostru lasa mult loc curiosilor in cele mai neasteptate locuri.
Referințe
1. Cartea mare de experimente pentru școlari - M.: Rosman, 2009. - 264 p.
2. Wikipedia: https://ru.wikipedia.org/wiki/Arhimedes_Law.
3. Perelman Ya.I. Fizica distractivă. - cartea 1. - Ekaterinburg.: Teză, 1994.
4. Perelman Ya.I. Fizica distractivă. - cartea 2. - Ekaterinburg.: Teză, 1994.
5. Peryshkin A.V. Fizica: clasa a VII-a: manual pt institutii de invatamant/ A.V. Peryshkin. - Ed. a XVI-a, stereotip. - M.: Butarda, 2013. - 192 p.: ill.
Anexa 1
Anexa 2
Anexa 3
Anexa 4
Motivul apariției forței arhimedeene este diferența de presiune a mediului la diferite adâncimi. Prin urmare, forța lui Arhimede apare numai în prezența gravitației. Pe Lună va fi de șase ori, iar pe Marte va fi de 2,5 ori mai puțin decât pe Pământ.
În imponderabilitate nu există forță arhimediană. Dacă ne imaginăm că forța gravitației de pe Pământ a dispărut brusc, atunci toate navele din mări, oceane și râuri vor ajunge la orice adâncime la cea mai mică împingere. Dar tensiunea superficială a apei, independentă de gravitație, nu le va permite să se ridice în sus, așa că nu vor putea decola, se vor îneca cu toții.
Cum se manifestă puterea lui Arhimede?
Mărimea forței arhimedice depinde de volumul corpului scufundat și de densitatea mediului în care se află. Definiția sa exactă în termeni moderni este următoarea: un corp scufundat într-un mediu lichid sau gazos în câmpul gravitațional este acționat de o forță de plutire exact egală cu greutatea mediului deplasat de corp, adică F = ρgV , unde F este forța lui Arhimede; ρ – densitatea mediului; g – accelerația în cădere liberă; V este volumul de lichid (gaz) deplasat de corp sau de o parte a acestuia imersată.
Dacă în apă dulce o forță de flotabilitate de 1 kg (9,81 N) acţionează asupra fiecărui litru de volum al unui corp scufundat, atunci în apa de mare, a cărei densitate este de 1,025 kg * cub. dm, forța Arhimede de 1 kg 25 g va acționa asupra aceluiași litru de volum. Pentru o persoană de complexitate medie, diferența de forță de susținere a apei mari și a apei dulce va fi de aproape 1,9 kg. Prin urmare, înotul în mare este mai ușor: imaginați-vă că trebuie să înotați peste cel puțin un iaz fără curent cu o gantere de două kilograme în centură.
Forța arhimediană nu depinde de forma corpului scufundat. Luați un cilindru de fier și măsurați-i forța din apă. Apoi întindeți acest cilindru într-o foaie, scufundați-l plat și cu margini în apă. În toate cele trei cazuri, puterea lui Arhimede va fi aceeași.
Poate părea ciudat la prima vedere, dar dacă o foaie este scufundată plat, scăderea diferenței de presiune pentru o foaie subțire este compensată de o creștere a ariei acesteia perpendiculară pe suprafața apei. Și atunci când este scufundat cu o margine, dimpotrivă, zona mică a marginii este compensată de înălțimea mai mare a foii.
Dacă apa este foarte saturată de săruri, ceea ce face ca densitatea acesteia să devină mai mare decât densitatea corpului uman, atunci nici o persoană care nu poate înota nu se va îneca în ea. La Marea Moartă din Israel, de exemplu, turiștii pot sta întinși pe apă ore întregi fără să se miște. Adevărat, este încă imposibil să mergi pe ea - zona de sprijin este mică, persoana cade în apă până la gât, până când greutatea părții scufundate a corpului este egală cu greutatea apei deplasată de el. Cu toate acestea, dacă aveți o anumită cantitate de imaginație, puteți crea o legendă despre mersul pe apă. Dar în kerosen, a cărui densitate este de numai 0,815 kg*cubic. dm, nici un înotător foarte experimentat nu va putea rămâne la suprafață.
Forța arhimediană în dinamică
Toată lumea știe că navele plutesc datorită puterii lui Arhimede. Însă pescarii știu că forța arhimediană poate fi folosită și în dinamică. Dacă dați peste un pește mare și puternic (taimen, de exemplu), atunci nu are rost să-l trageți încet la plasă (pescuiți pentru el): va rupe linia și va pleca. Trebuie să trageți ușor mai întâi când dispare. Simțind cârligul, peștele, încercând să se elibereze de el, se repezi spre pescar. Apoi trebuie să trageți foarte tare și puternic, astfel încât firul de pescuit să nu aibă timp să se rupă.
În apă, corpul unui pește nu cântărește aproape nimic, dar masa și inerția lui sunt păstrate. Cu această metodă de pescuit, forța arhimedeană va părea că lovește peștele în coadă, iar prada însăși se va cădea la picioarele pescarului sau în barca lui.
Puterea lui Arhimede în aer
Forța lui Arhimede acționează nu numai în lichide, ci și în gaze. Datorită acesteia, zboară baloanele cu aer cald și aeronavele (zeppelini). 1 cu. m aer la conditii normale(20 de grade Celsius la nivelul mării) cântărește 1,29 kg, iar 1 kg de heliu cântărește 0,21 kg. Adică, 1 metru cub dintr-o carcasă umplută este capabil să ridice o sarcină de 1,08 kg. Dacă carcasa are un diametru de 10 m, atunci volumul său va fi de 523 de metri cubi. m. Făcând-o din material sintetic ușor, obținem o forță de ridicare de aproximativ jumătate de tonă. Aeronauții numesc forța lui Arhimede în forța de fuziune a aerului.
Dacă pompați aerul din balon fără a-l lăsa să se micșoreze, atunci fiecare metru cub al acestuia va trage în sus întregul 1,29 kg. O creștere cu peste 20% a liftului este foarte tentantă din punct de vedere tehnic, dar heliul este scump, iar hidrogenul este exploziv. Prin urmare, din când în când apar proiecte de dirijabile cu vid. Dar materiale care pot rezista la presiunea atmosferică ridicată (aproximativ 1 kg pe cm2) din exterior pe carcasă, tehnologie modernăîncă nu pot crea.
