ARCHIMEDOV ZÁKON- zákon statiky kvapalín a plynov, podľa ktorého na teleso ponorené v kvapaline (alebo plyne) pôsobí vztlaková sila, rovná hmotnosti tekutín v tele.
To, že na teleso ponorené vo vode pôsobí určitá sila, je každému dobre známe: ťažké telesá sa akoby stávajú ľahšími – napríklad naše vlastné telo ponorením do kúpeľa. Pri plávaní v rieke alebo v mori môžete ľahko zdvihnúť a premiestniť po dne veľmi ťažké kamene - také, ktoré nemôžeme zdvihnúť na súši; rovnaký jav sa pozoruje, keď sa z nejakého dôvodu vyplaví veľryba na breh - vonku vodné prostredie zviera sa nemôže pohybovať - jeho hmotnosť presahuje možnosti jeho svalového systému. Svetelné telesá zároveň odolávajú ponoreniu do vody: na potopenie gule veľkosti malého vodného melónu je potrebná sila aj obratnosť; s najväčšou pravdepodobnosťou nebude možné ponoriť loptu s priemerom pol metra. Je intuitívne jasné, že odpoveď na otázku, prečo teleso pláva (a iné sa potápa), úzko súvisí s pôsobením tekutiny na teleso v nej ponorené; nemožno sa uspokojiť s odpoveďou, že ľahké telesá plávajú a ťažké telesá sa potápajú: oceľová platňa sa, samozrejme, ponorí do vody, ale ak z nej vytvoríte krabicu, môže plávať; pričom jej hmotnosť sa nezmenila. Na pochopenie podstaty sily pôsobiacej na ponorené teleso z kvapaliny stačí uvažovať jednoduchý príklad (obr. 1).
Kocka s okrajom a ponorený do vody a voda aj kocka sú nehybné. Je známe, že tlak v ťažkej kvapaline rastie úmerne s hĺbkou - je zrejmé, že vyšší stĺpec kvapaliny silnejšie tlačí na základňu. Oveľa menej je zrejmé (alebo vôbec nie je zrejmé), že tento tlak pôsobí rovnakou intenzitou nielen smerom nadol, ale aj do strán a nahor – to je Pascalov zákon.
Ak vezmeme do úvahy sily pôsobiace na kocku (obr. 1), potom vzhľadom na zjavnú symetriu sily pôsobiace na protiľahlé bočné steny, rovnaké a opačne nasmerované - snažia sa kocku stlačiť, ale nemôžu ovplyvniť jej rovnováhu ani pohyb. Na hornú a dolnú plochu pôsobia sily. Nechaj h je hĺbka ponorenia hornej strany, r je hustota kvapaliny, g je gravitačné zrýchlenie; potom je tlak na vrchu
r· g · h = p 1
a na dne
r· g(h+a)=p 2
Tlaková sila sa rovná tlaku vynásobenému plochou, t.j.
F 1 = p jeden · a\up122, F 2 = p 2 · a\up122 , kde a- okraj kocky,
a silu F 1 smeruje nadol a sila F 2 - hore. Pôsobenie kvapaliny na kocku sa tak zníži na dve sily - F 1 a F 2 a je určený ich rozdielom, ktorým je vztlaková sila:
F 2 – F 1 =r· g· ( h+a)a\up122- rgha· a 2 = str 2
Sila je vztlaková, pretože spodná plocha je samozrejme umiestnená nižšie ako horná a sila smerom nahor je väčšia ako sila smerom nadol. Hodnota F 2 – F 1 = str 3 sa rovná objemu telesa (kocky) a 3 vynásobený hmotnosťou jedného kubického centimetra kvapaliny (ak berieme 1 cm ako jednotku dĺžky). Inými slovami, vztlaková sila, často označovaná ako Archimedova sila, sa rovná hmotnosti tekutiny v objeme telesa a smeruje nahor. Tento zákon zaviedol starogrécky vedec Archimedes, jeden z najväčších vedcov na Zemi.
Ak teleso ľubovoľného tvaru (obr. 2) zaberá objem vo vnútri kvapaliny V, potom je pôsobenie tekutiny na teleso úplne určené tlakom rozloženým po povrchu telesa a poznamenávame, že tento tlak je úplne nezávislý od materiálu telesa - („tekutina sa nestará, čo dať tlak na“).
Na určenie výslednej tlakovej sily na povrchu tela je potrebné mentálne odstrániť z objemu V dané telo a naplňte (mentálne) tento objem rovnakou kvapalinou. Na jednej strane je nádoba s kvapalinou v pokoji, na druhej strane vo vnútri objemu V- teleso pozostávajúce z danej tekutiny a toto teleso je v rovnováhe pôsobením vlastnej hmotnosti (ťažká tekutina) a tlaku tekutiny na povrch objemu V. Keďže hmotnosť kvapaliny v objeme telesa je pgV a je vyvážený výslednicou tlakových síl, potom sa jeho hodnota rovná hmotnosti kvapaliny v objeme V, t.j. pgV.
Po mentálnom vykonaní reverznej substitúcie - umiestnenie do zväzku V toto teleso a s poznámkou, že táto výmena neovplyvní rozloženie tlakových síl na povrchu objemu V, môžeme skonštatovať: na teleso ponorené do ťažkej tekutiny v pokoji pôsobí sila smerujúca nahor (Archimedova sila) rovnajúca sa hmotnosti tekutiny v objeme tohto telesa.
Podobne sa dá ukázať, že ak je teleso čiastočne ponorené do kvapaliny, potom sa Archimedova sila rovná hmotnosti kvapaliny v objeme ponorenej časti telesa. Ak sa v tomto prípade Archimedova sila rovná hmotnosti, potom teleso pláva na povrchu kvapaliny. Je zrejmé, že ak úplné ponorenie Archimedova sila je menšia ako hmotnosť tela, potom sa potopí. Archimedes predstavil pojem „špecifická hmotnosť“ g, t.j. hmotnosť na jednotku objemu látky: g = str; ak to vezmeme za vodu g= 1 , teda pevné teleso hmoty, v ktorom g> 1 sa potopí a kedy g < 1 будет плавать на поверхности; при g= 1 teleso môže plávať (visieť) vo vnútri tekutiny. Na záver poznamenávame, že Archimedov zákon popisuje správanie sa balónov vo vzduchu (v pokoji pri nízkych rýchlostiach).
Vladimír Kuznecov
Vedecké objavy sú často výsledkom obyčajnej náhody. Ale len ľudia s trénovanou mysľou dokážu oceniť dôležitosť jednoduchej náhody a vyvodiť z nej ďalekosiahle závery. Vďaka reťazi náhodné udalosti vo fyzike sa objavil Archimedov zákon, vysvetľujúci správanie telies vo vode.
Tradícia
V Syrakúzach bol Archimedes legendárny. Raz vládca tohto slávneho mesta pochyboval o čestnosti svojho klenotníka. Koruna vyrobená pre panovníka musela obsahovať určité množstvo zlata. Overte si túto skutočnosť, poučený Archimedes.
Archimedes zistil, že telesá vo vzduchu a vo vode majú rôzne hmotnosti a rozdiel je priamo úmerný hustote meraného telesa. Zmeraním hmotnosti koruny vo vzduchu a vo vode a vykonaním podobného experimentu s celým kusom zlata Archimedes dokázal, že vo vyrobenej korune je prímes ľahšieho kovu.
Podľa legendy urobil Archimedes tento objav vo vani a pozoroval striekajúcu vodu. Čo sa stalo potom s nepoctivým klenotníkom, história mlčí, ale záver syrakúzskeho vedca vytvoril základ jedného z najdôležitejších fyzikálnych zákonov, ktorý je nám známy ako Archimedov zákon.
Znenie
Archimedes načrtol výsledky svojich experimentov v diele „On Floating Bodies“, ktoré, žiaľ, prežilo dodnes len vo forme fragmentov. Moderná fyzika popisuje Archimedov zákon ako celkovú silu pôsobiacu na teleso ponorené do kvapaliny. Vztlaková sila telesa v tekutine smeruje nahor; jeho absolútna hodnota sa rovná hmotnosti vytlačenej tekutiny.
Pôsobenie kvapalín a plynov na ponorené teleso
Na akýkoľvek predmet ponorený do kvapaliny pôsobia tlakové sily. V každom bode povrchu telesa sú tieto sily smerované kolmo na povrch telesa. Ak by boli rovnaké, telo by zažilo iba kompresiu. Tlakové sily sa však zvyšujú úmerne s hĺbkou, takže spodný povrch tela je stlačený viac ako horný. Môžete zvážiť a spočítať všetky sily pôsobiace na teleso vo vode. Konečný vektor ich smeru bude smerovať nahor, teleso je vytlačené z kvapaliny. Veľkosť týchto síl určuje Archimedov zákon. Navigácia telies je úplne založená na tomto zákone a na rôznych dôsledkoch z neho. Archimedove sily pôsobia aj v plynoch. Práve vďaka týmto vztlakovým silám lietajú vzducholode na oblohe a Balóny: v dôsledku vytlačenia vzduchu sa stávajú ľahšími ako vzduch.
Fyzikálny vzorec
Vizuálne možno silu Archimeda demonštrovať jednoduchým vážením. Pri vážení tréningového závažia vo vákuu, vo vzduchu a vo vode je vidieť, že jeho hmotnosť sa výrazne mení. Vo vákuu je hmotnosť závažia jedna, vo vzduchu - o niečo nižšia a vo vode - ešte nižšia.
Ak vezmeme hmotnosť telesa vo vákuu ako P o, potom jeho hmotnosť vo vzduchu možno opísať nasledujúcim vzorcom: P v \u003d P o - F a;
tu P asi - hmotnosť vo vákuu;
Ako je zrejmé z obrázku, akékoľvek akcie s vážením vo vode výrazne odľahčujú telo, preto v takýchto prípadoch treba brať do úvahy Archimedovu silu.
Pre vzduch je tento rozdiel zanedbateľný, preto sa zvyčajne hmotnosť telesa ponoreného do vzduchu popisuje štandardným vzorcom.
Hustota média a sila Archimeda
Analýzou najjednoduchších experimentov s hmotnosťou telesa v rôznych prostrediach možno dospieť k záveru, že hmotnosť telesa v rôznych prostrediach závisí od hmotnosti objektu a hustoty ponorného média. Navyše, čím hustejšie médium, tým väčšia sila Archimedes. Archimedov zákon spojil tento vzťah a hustota kvapaliny alebo plynu sa odráža v jeho konečnom vzorci. Čo ešte ovplyvňuje túto silu? Inými slovami, od akých charakteristík závisí Archimedov zákon?
Vzorec
Archimedovu silu a sily, ktoré ju ovplyvňujú, možno určiť pomocou jednoduchého logického uvažovania. Predpokladajme, že teleso určitého objemu, ponorené do kvapaliny, pozostáva z tej istej kvapaliny, v ktorej je ponorené. Tento predpoklad nie je v rozpore so žiadnymi inými predpokladmi. Sily pôsobiace na teleso totiž v žiadnom prípade nezávisia od hustoty tohto telesa. V tomto prípade bude telo s najväčšou pravdepodobnosťou v rovnováhe a vztlaková sila bude kompenzovaná gravitáciou.
Rovnováha telesa vo vode bude teda opísaná nasledovne.
Ale gravitačná sila z podmienky sa rovná hmotnosti kvapaliny, ktorú vytlačí: hmotnosť kvapaliny sa rovná súčinu hustoty a objemu. Nahradením známych hodnôt môžete zistiť hmotnosť tela v kvapaline. Tento parameter je opísaný ako ρV * g.
Nahrádzanie známe hodnoty, dostaneme:
Toto je Archimedov zákon.
Vzorec, ktorý sme odvodili, popisuje hustotu ako hustotu skúmaného telesa. Ale v počiatočných podmienkach bolo naznačené, že hustota telesa je totožná s hustotou okolitej tekutiny. V tomto vzorci teda môžete bezpečne nahradiť hodnotu hustoty kvapaliny. Vizuálne pozorovanie, podľa ktorého je vztlaková sila väčšia v hustejšom prostredí, dostalo teoretické opodstatnenie.
Aplikácia Archimedovho zákona
Prvé pokusy demonštrujúce Archimedov zákon sú známe už od školských čias. Kovová doska sa ponorí do vody, ale zložená vo forme škatule môže nielen zostať na vode, ale aj niesť určité zaťaženie. Toto pravidlo je najdôležitejším záverom z vlády Archimeda, určuje možnosť stavby riečnych a námorných plavidiel s prihliadnutím na ich maximálnu kapacitu (výtlak). Hustota morskej a sladkej vody je predsa iná a lode a ponorky musia pri vstupe do ústí riek počítať s rozdielmi v tomto parametri. Nesprávny výpočet môže viesť ku katastrofe - loď nabehne na plytčinu a na jej zdvihnutie bude potrebné značné úsilie.
Archimedov zákon je potrebný aj pre ponorkárov. Faktom je, že hustota morskej vody mení svoju hodnotu v závislosti od hĺbky ponorenia. Správny výpočet hustoty umožní potápačom správne vypočítať tlak vzduchu vo vnútri obleku, čo ovplyvní manévrovateľnosť potápača a zabezpečí jeho bezpečné potápanie a výstup. Pri hĺbkovom vŕtaní treba brať do úvahy aj Archimedov princíp, obrovské vrtné súpravy strácajú až 50% svojej hmotnosti, čím je ich preprava a prevádzka menej nákladná.
Text práce je umiestnený bez obrázkov a vzorcov.
Plná verzia práca je dostupná v záložke "Súbory práce" vo formáte PDF
Úvod
Relevantnosť: Ak sa pozorne pozriete na svet okolo seba, môžete objaviť množstvo udalostí, ktoré sa okolo vás odohrávajú. Od staroveku bol človek obklopený vodou. Keď v ňom plávame, naše telo vytláča nejaké sily na hladinu. Už dlho si kladiem otázku: „Prečo telá plávajú alebo klesajú? Vytláča voda veci von?
môj výskumná práca má za cieľ prehĺbiť vedomosti získané na lekcii o Archimedovskej sile. Odpovede na moje otázky pomocou životná skúsenosť, pozorovania okolitej reality, vykonávať vlastné experimenty a vysvetľovať svoje výsledky, čím si rozšíria poznatky o tejto téme. Všetky vedy sú vzájomne prepojené. A spoločným predmetom štúdia všetkých vied je človek „plus“ príroda. Som si istý, že štúdium pôsobenia Archimedovskej sily je dnes relevantné.
hypotéza: Predpokladám, že doma sa dá vypočítať veľkosť vztlakovej sily pôsobiacej na teleso ponorené do kvapaliny a určiť, či závisí od vlastností kvapaliny, objemu a tvaru telesa.
Predmet štúdia: Vztlak v kvapalinách.
Úlohy:
Študovať históriu objavu Archimedovskej sily;
Študovať vzdelávaciu literatúru o pôsobení Archimedovskej sily;
Rozvíjať zručnosti na vykonávanie nezávislého experimentu;
Dokážte, že hodnota vztlakovej sily závisí od hustoty kvapaliny.
Výskumné metódy:
Výskum;
Odhadované;
Získavanie informácií;
Pozorovania
1. Objav sily Archimeda
Existuje známa legenda o tom, ako Archimedes bežal po ulici a kričal "Heuréka!" To len hovorí o jeho objave, že vztlaková sila vody sa v absolútnej hodnote rovná hmotnosti vody ňou vytlačenej, ktorej objem sa rovná objemu telesa v nej ponoreného. Tento objav sa nazýva Archimedov zákon.
V treťom storočí pred Kristom žil Hieron - kráľ starovekého gréckeho mesta Syrakúzy a chcel si vyrobiť novú korunu z čistého zlata. Podľa potreby to prísne premeral a klenotníkovi dal príkaz. O mesiac neskôr majster zlato vrátil v podobe koruny a vážilo toľko, ako hmotnosť tohto zlata. Ale koniec koncov, môže sa stať čokoľvek a majster by mohol podvádzať pridaním striebra alebo ešte horšieho - medi, pretože to nemôžete povedať okom a hmotnosť je taká, aká má byť. A kráľ chce vedieť: robí sa práca poctivo? A potom požiadal vedca Archimeda, aby skontroloval, či majster vyrobil svoju korunu z čistého zlata. Ako viete, hmotnosť telesa sa rovná súčinu hustoty látky, z ktorej je telo vyrobené, a jeho objemu:. Ak rôzne telá rovnakú hmotu, ale sú z iných látok, čiže budú mať iný objem. Ak by majster kráľovi nevrátil korunu vyrobenú z drahokamov, ktorej objem sa pre zložitosť nedá určiť, ale kus kovu rovnakého tvaru, aký mu dal kráľ, bolo by hneď jasné, či primiešal tam iný kov alebo nie. A pri kúpaní si Archimedes všimol, že sa z neho valí voda. Mal podozrenie, že sa vylial presne v takom objeme, aký zaberajú časti jeho tela ponorené do vody. A Archimedes si uvedomil, že objem koruny môže byť určený objemom vody, ktorú vytlačí. No, ak môžete zmerať objem koruny, potom sa dá porovnať s objemom kúska zlata, ktorý má rovnakú hmotnosť. Archimedes ponoril korunu do vody a meral, ako sa objem vody zväčšuje. Do vody ponoril aj kúsok zlata, ktorého hmotnosť bola rovnaká ako hmotnosť koruny. A potom zmeral, ako sa zväčšil objem vody. Objemy vytlačenej vody v oboch prípadoch boli odlišné. Majster bol teda usvedčený z klamstva a veda bola obohatená o pozoruhodný objav.
Z histórie je známe, že problém zlatej koruny podnietil Archimeda, aby študoval otázku vznášania telies. Experimenty, ktoré vykonal Archimedes, boli opísané v eseji „O plávajúcich telesách“, ktorá sa k nám dostala. Siedmu vetu (teorém) tohto diela formuluje Archimedes takto: telesá ťažšie ako kvapalina ponorené do tejto kvapaliny budú klesať, až kým nedosiahnu samé dno, a v kvapaline sa váhou kvapaliny stanú ľahšími. v objeme, ktorý sa rovná objemu ponoreného telesa.
Zaujímavé je, že Archimedova sila je nulová, keď je teleso ponorené do kvapaliny husté, pričom celá základňa je stlačená na dno.
Objav základného zákona hydrostatiky je najväčším úspechom starovekej vedy.
2. Formulácia a vysvetlenie Archimedovho zákona
Archimedov zákon popisuje pôsobenie kvapalín a plynov na teleso v nich ponorené a je jedným z hlavných zákonov hydrostatiky a plynovej statiky.
Archimedov zákon je formulovaný nasledovne: na teleso ponorené v kvapaline (alebo plyne) pôsobí vztlaková sila, ktorá sa rovná hmotnosti kvapaliny (alebo plynu) v objeme ponorenej časti telesa – táto sila sa nazýva tzv. sila Archimedes:
,
kde je hustota kvapaliny (plynu), je zrýchlenie voľný pád, - objem ponorenej časti telesa (alebo časť objemu telesa pod hladinou).
Preto Archimedova sila závisí len od hustoty kvapaliny, v ktorej je teleso ponorené, a od objemu tohto telesa. Ale nezávisí to napríklad od hustoty látky telesa ponoreného do kvapaliny, pretože toto množstvo nie je zahrnuté vo výslednom vzorci.
Treba poznamenať, že teleso musí byť úplne obklopené kvapalinou (alebo sa pretínať s povrchom kvapaliny). Takže napríklad zákon Archimedes nemožno aplikovať na kocku, ktorá leží na dne nádrže a hermeticky sa dotýka dna.
3. Stanovenie sily Archimeda
Sila, ktorou je teleso v kvapaline vytláčané, sa dá experimentálne určiť pomocou tohto zariadenia:
Malé vedierko a valcové telo zavesíme na pružinu upevnenú v statíve. Natiahnutie pružiny označíme šípkou na statíve, znázorňujúcou váhu tela vo vzduchu. Zdvihnutím tela nahradíme pohár s odtokovou trubicou pod ňou, naplnenou kvapalinou po úroveň odtokovej trubice. Potom sa celé telo ponorí do tekutiny. V tomto prípade sa časť kvapaliny, ktorej objem sa rovná objemu tela, naleje z nalievacej nádoby do pohára. Pružinový ukazovateľ stúpa, pružina sa sťahuje, čo naznačuje zníženie hmotnosti telesa v kvapaline. AT tento prípad na teleso spolu so silou gravitácie pôsobí aj sila, ktorá ho vytláča z tekutiny. Ak nalejete kvapalinu z pohára do vedra (teda tej, ktorá bola vytlačená telom), potom sa ukazovateľ pružiny vráti do svojej pôvodnej polohy.
Na základe tejto skúsenosti môžeme usúdiť, že sila vytláčajúca teleso úplne ponorené v kvapaline sa rovná hmotnosti kvapaliny v objeme tohto telesa. Závislosť tlaku v kvapaline (plyne) od hĺbky ponorenia telesa vedie k vzniku vztlakovej sily (Archimedova sila) pôsobiacej na akékoľvek teleso ponorené do kvapaliny alebo plynu. Telo sa pod vplyvom gravitácie pohybuje smerom nadol. Archimedova sila je vždy nasmerovaná opačne ako gravitácia, takže hmotnosť telesa v kvapaline alebo plyne je vždy menšia ako hmotnosť tohto telesa vo vákuu.
Táto skúsenosť potvrdzuje, že Archimedova sila sa rovná hmotnosti kvapaliny v objeme telesa.
4. Stav plávajúcich telies
Na teleso vo vnútri kvapaliny pôsobia dve sily: gravitačná sila smerujúca vertikálne nadol a Archimedova sila smerujúca vertikálne nahor. Zvážte, čo sa stane s telom pod pôsobením týchto síl, ak bolo spočiatku nehybné.
V tomto prípade sú možné tri prípady:
1) Ak je gravitačná sila väčšia ako Archimedova sila, potom teleso klesá, to znamená, že klesá:
, potom sa telo potopí;
2) Ak sa modul gravitácie rovná modulu Archimedovej sily, potom môže byť teleso v rovnováhe vo vnútri tekutiny v akejkoľvek hĺbke:
, potom telo pláva;
3) Ak je Archimedova sila väčšia ako gravitačná sila, teleso sa zdvihne z kvapaliny - vznáša sa:
, potom sa telo vznáša.
Ak plávajúce teleso čiastočne vyčnieva nad hladinu kvapaliny, potom je objem ponorenej časti plávajúceho telesa taký, že hmotnosť vytlačenej kvapaliny sa rovná hmotnosti plávajúceho telesa.
Archimedova sila je väčšia ako gravitačná sila, ak je hustota kvapaliny väčšia ako hustota telesa ponoreného do kvapaliny, ak
1) \u003d - telo pláva v kvapaline alebo plyne, 2) > telo klesá 3) < — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.
Práve tieto princípy vzťahu medzi gravitáciou a Archimedovou silou sa využívajú pri stavbe lodí. Na vode sa však udržia obrovské riečne a námorné plavidlá vyrobené z ocele, ktorých hustota je takmer 8-krát väčšia ako hustota vody. Vysvetľuje to skutočnosť, že iba relatívne tenký trup lode je vyrobený z ocele a väčšina z nich jeho objem zaberá vzduch. V tomto prípade sa priemerná hodnota hustoty lode ukáže byť oveľa menšia ako hustota vody; preto sa nielen nepotopí, ale môže sa aj prepraviť veľké množstvo nákladu. Lode plávajúce na riekach, jazerách, moriach a oceánoch sú postavené z rôznych materiálov s rôznou hustotou. Trup lodí je zvyčajne vyrobený z oceľových plechov. Všetky vnútorné spojovacie prvky, ktoré dodávajú lodiam pevnosť, sú tiež vyrobené z kovov. Na stavbu lodí sa používajú rôzne materiály, ktoré majú vyššiu aj nižšiu hustotu v porovnaní s vodou. Hmotnosť vody vytlačenej podvodnou časťou lode sa rovná hmotnosti lode s nákladom vo vzduchu alebo gravitačnej sile pôsobiacej na loď s nákladom.
Pre letectvo sa najskôr používali balóny, ktoré sa predtým plnili ohriatym vzduchom, teraz vodíkom alebo héliom. Aby sa lopta zdvihla do vzduchu, je potrebné, aby Archimedova (vztlaková) sila pôsobiaca na loptu bola väčšia ako sila gravitácie.
5. Uskutočnenie experimentu
Preskúmajte správanie sa surového vajíčka v tekutinách rôznych druhov.
Úloha: dokážte, že hodnota vztlakovej sily závisí od hustoty kvapaliny.
Vzal som si jedno surové vajce a tekutiny rôznych druhov (príloha 1):
Voda je čistá;
Voda nasýtená soľou;
Slnečnicový olej.
Najprv som tam hodil surové vajce čistá voda- vajce sa utopilo - "išlo ku dnu" (príloha 2). Potom do pohára čistá voda pridala som lyžičku stolová soľ v dôsledku toho vajce pláva (príloha 3). A nakoniec som vajce spustila do pohára so slnečnicovým olejom - vajce kleslo na dno (príloha 4).
Záver: v prvom prípade je hustota vajíčka väčšia ako hustota vody, a preto sa vajíčko potopilo. V druhom prípade je hustota slanej vody väčšia ako hustota vajíčka, takže vajce pláva v tekutine. V treťom prípade je hustota vajíčka tiež väčšia ako hustota slnečnicový olej tak sa vajce potopilo. Preto čím väčšia je hustota kvapaliny, tým nižšia je gravitačná sila.
2. Pôsobenie Archimedovej sily na ľudské telo vo vode.
Na základe skúseností určiť hustotu ľudského tela, porovnať ju s hustotou sladkej a morskej vody a urobiť záver o základnej možnosti človeka plávať;
Vypočítajte hmotnosť osoby vo vzduchu, Archimedovu silu pôsobiacu na osobu vo vode.
Najprv som použil váhu na meranie telesnej hmotnosti. Potom zmeral objem tela (bez objemu hlavy). K tomu som si do vane napustil toľko vody, aby som pri ponorení do vody bol úplne vo vode (okrem hlavy). Potom som pomocou centimetrovej pásky označil od horného okraja vane vzdialenosť k hladine vody ℓ 1 a potom - pri ponorení do vody ℓ 2. Potom som pomocou vopred kalibrovanej trojlitrovej nádoby začal prilievať vodu do vane od úrovne ℓ 1 po úroveň ℓ 2 - tak som zmeral objem mnou vytlačenej vody (príloha 5). Hustotu som vypočítal podľa vzorca:
Gravitačná sila pôsobiaca na teleso vo vzduchu bola vypočítaná podľa vzorca: , kde je zrýchlenie voľného pádu ≈ 10 . Hodnota vztlakovej sily sa vypočítala pomocou vzorca opísaného v odseku 2.
Záver: Ľudské telo je hustejšie ako sladká voda, čo znamená, že v nej klesá. Pre človeka je ľahšie plávať v mori ako v rieke, pretože hustota morskej vody je väčšia, a preto väčšiu hodnotu vztlaková sila.
Záver
V procese práce na tejto téme sme sa naučili veľa nového a zaujímavého pre seba. Okruh nášho poznania sa zväčšil nielen v oblasti pôsobenia Archimedovej sily, ale aj v jej uplatnení v živote. Pred začatím práce sme mali ďaleko od podrobnej predstavy o bite. Pri pokusoch sme experimentálne potvrdili platnosť Archimedovho zákona a zistili sme, že vztlaková sila závisí od objemu telesa a hustoty kvapaliny, čím väčšia je hustota kvapaliny, tým väčšia je Archimedova sila. Výsledná sila, ktorá určuje správanie telesa v tekutine, závisí od hmotnosti, objemu telesa a hustoty tekutiny.
Okrem uskutočnených experimentov, doplnková literatúra o objavení sily Archimeda, o navigácii telies, aeronautike.
Každý z vás môže robiť úžasné objavy a na to nepotrebujete žiadne špeciálne znalosti ani výkonné vybavenie. Stačí sa bližšie pozrieť na svet okolo nás, byť trochu samostatnejší vo svojich úsudkoch a objavy na seba nenechajú čakať. Neochota väčšiny ľudí vedieť svet necháva veľa priestoru pre zvedavcov na tých najneočakávanejších miestach.
Bibliografia
1. Veľká kniha pokusov pre školákov - M.: Rosmen, 2009. - 264 s.
2. Wikipedia: https://ru.wikipedia.org/wiki/Law_Archimedes.
3. Perelman Ya.I. Zábavná fyzika. - kniha 1. - Jekaterinburg .: Diplomová práca, 1994.
4. Perelman Ya.I. Zábavná fyzika. - kniha 2. - Jekaterinburg .: Diplomová práca, 1994.
5. Peryshkin A.V. Fyzika: ročník 7: učebnica pre vzdelávacie inštitúcie / A.V. Peryshkin. - 16. vyd., stereotyp. - M.: Drop, 2013. - 192 s.: chor.
Príloha 1
Dodatok 2
Dodatok 3
Dodatok 4
Dôvodom vzniku Archimedovej sily je rozdiel v tlaku média v rôznych hĺbkach. Preto Archimedova sila vzniká iba v prítomnosti gravitácie. Na Mesiaci to bude šesťkrát a na Marse - 2,5-krát menej ako na Zemi.
V stave beztiaže neexistuje žiadna archimedovská sila. Ak si predstavíme, že gravitácia na Zemi náhle zmizla, potom všetky lode v moriach, oceánoch a riekach pri najmenšom zatlačení pôjdu do akejkoľvek hĺbky. Ale povrchové napätie vody, ktoré nezávisí od gravitácie, ich nenechá vystúpiť, takže nebudú môcť vzlietnuť, všetky sa utopia.
Ako sa prejavuje sila Archimeda?
Veľkosť Archimedovej sily závisí od objemu ponoreného telesa a hustoty prostredia, v ktorom sa nachádza. V modernom pohľade je to presné: na teleso ponorené do kvapalného alebo plynného média v gravitačnom poli pôsobí vztlaková sila presne rovnajúca sa hmotnosti média vytlačeného telesom, teda F = ρgV, kde F je Archimedova sila; ρ je hustota média; g je zrýchlenie voľného pádu; V je objem kvapaliny (plynu) vytlačený ponoreným telesom alebo jeho časťou.
Ak v sladkej vode pôsobí na každý liter objemu ponoreného telesa vztlaková sila 1 kg (9,81 N), potom v morská voda, ktorého hustota je 1,025 kg * cu. dm na rovnaký liter objemu bude pôsobiť Archimedova sila 1 kg 25 g. Pre človeka priemernej postavy bude rozdiel v sile podpory morskej a sladkej vody takmer 1,9 kg. Plávanie v mori je preto jednoduchšie: predstavte si, že potrebujete preplávať aspoň rybník bez prúdu s dvojkilogramovou činkou na opasku.
Archimedova sila nezávisí od tvaru ponoreného telesa. Vezmite železný valec, zmerajte jeho silu z vody. Potom tento valec rozvaľkajte na plát, ponorte do vody naplocho a po okrajoch. Vo všetkých troch prípadoch bude sila Archimeda rovnaká.
Na prvý pohľad je to zvláštne, ale ak je plech ponorený naplocho, tak sa pokles tlakového rozdielu pri tenkom plechu kompenzuje zväčšením jeho plochy kolmo na vodnú hladinu. A naopak, keď je ponorený okrajom, malá plocha okraja je kompenzovaná väčšou výškou listu.
Ak je voda veľmi silne nasýtená soľami, a preto je jej hustota vyššia ako hustota ľudského tela, neutopí sa v nej ani človek, ktorý nevie plávať. Napríklad v Mŕtvom mori v Izraeli môžu turisti ležať na vode celé hodiny bez pohybu. Je pravda, že stále nie je možné po ňom chodiť - oblasť podpory sa ukazuje ako malá, človek padá do vody až po hrdlo, kým sa hmotnosť ponorenej časti tela nerovná hmotnosť ním vytlačenej vody. Ak však máte istú dávku fantázie, môžete pridať legendu o chodení po vode. Ale v kerozíne, ktorého hustota je iba 0,815 kg * cu. dm, nebude môcť zostať na hladine a veľmi skúsený plavec.
Archimedova sila v dynamike
Skutočnosť, že lode plávajú vďaka sile Archimedes, je známa každému. No rybári vedia, že Archimedova sila sa dá využiť aj v dynamike. Ak sa veľká a silná ryba (napríklad tajmen) chytila, pomaly ju pritiahnuť k sieti (vytiahnuť ju von) nie je: pretrhne šnúru a odíde. Najprv musíte zľahka potiahnuť, keď odíde. Ryba, ktorá súčasne cíti háčik, sa ho snaží zbaviť a ponáhľa sa k rybárovi. Potom musíte veľmi tvrdo a prudko potiahnuť, aby sa rybárska línia nemala čas zlomiť.
Vo vode telo ryby takmer nič neváži, ale jeho hmotnosť je zachovaná zotrvačnosťou. Pri tomto spôsobe lovu dá Archimedova sila rybe chvost a samotná korisť padne k nohám rybára alebo do jeho člna.
Archimedova sila vo vzduchu
Archimedova sila pôsobí nielen v kvapalinách, ale aj v plynoch. Vďaka nej lietajú balóny a vzducholode (zepelíny). 1 cu. m vzduchu pri normálnych podmienkach(20 stupňov Celzia na hladine mora) váži 1,29 kg a 1 kg hélia váži 0,21 kg. To znamená, že 1 kubický meter naplnenej škrupiny je schopný zdvihnúť náklad 1,08 kg. Ak má plášť priemer 10 m, jeho objem bude 523 metrov kubických. Keď sme to urobili z ľahkého syntetického materiálu, získame zdvíhaciu silu asi pol tony. Aeronauti nazývajú Archimedovu silu vo vzduchu plávajúca sila.
Ak sa vzduch z balóna odčerpá bez toho, aby sa pokrčil, potom každý jeho kubický meter vytiahne všetkých 1,29 kg. Nárast vztlaku o viac ako 20 % je technicky veľmi lákavý, ale hélium je drahé a vodík je výbušný. Preto sa z času na čas rodia projekty vákuových vzducholodí. Ale materiály schopné odolať veľkému (asi 1 kg na cm2) atmosférickému tlaku zvonku na plášť, moderná technológia ešte nie je možné vytvoriť.
