ARHIMEDOV ZAKON– zakon statike tekočin in plinov, po katerem na telo, potopljeno v tekočino (ali plin), deluje sila vzgona, enako teži tekočine v volumnu telesa.
Dejstvo, da na telo, potopljeno v vodo, deluje določena sila, je vsem dobro znano: zdi se, da težka telesa postanejo lažja - na primer naše telo, ko se potopimo v kopel. Ko plavate v reki ali morju, zlahka dvigujete in premikate po dnu zelo težke kamne – takšne, ki jih na kopnem ne moremo; enak pojav opazimo, ko se iz nekega razloga izkaže, da je kit naplavljen na obalo - ven vodno okolježival se ne more premakniti - njena teža presega zmožnosti njenega mišičnega sistema. Hkrati se lahka telesa upirajo potopitvi v vodo: potopitev žoge velikosti majhne lubenice zahteva moč in spretnost; Žoge s premerom pol metra najverjetneje ne bo mogoče potopiti. Intuitivno je jasno, da je odgovor na vprašanje - zakaj telo lebdi (in drugo potone) tesno povezan z učinkom tekočine na telo, potopljeno vanjo; ne moremo se zadovoljiti z odgovorom, da lahka telesa lebdijo, težka pa potonejo: jeklena plošča se bo seveda potopila v vodi, če pa iz nje naredite škatlo, lahko lebdi; vendar se njena teža ni spremenila. Da bi razumeli naravo sile, ki deluje na potopljeno telo s strani tekočine, je dovolj, da razmislimo o preprostem primeru (slika 1).
Kocka z robom a potopljena v vodo, voda in kocka pa sta nepremični. Znano je, da tlak v težki tekočini narašča sorazmerno z globino – očitno je, da višji stolpec tekočine močneje pritiska na podlago. Precej manj očitno (ali pa sploh ne očitno), da ta pritisk ne deluje samo navzdol, ampak tudi vstran in navzgor z enako intenzivnostjo – to je Pascalov zakon.
Če upoštevamo sile, ki delujejo na kocko (slika 1), potem zaradi očitne simetrije sile, ki delujejo na nasprotni stranski obrazi, enake in nasprotne smeri - poskušajo kocko stisniti, vendar ne morejo vplivati na njeno ravnotežje ali gibanje. Ostajajo sile, ki delujejo na zgornje in spodnje ploskve. Pustiti h– globina potopitve zgornje strani, r– gostota tekočine, g– gravitacijski pospešek; takrat je pritisk na zgornjo stran enak
r· g · h = str 1
in na dnu
r· g(h+a)= str 2
Sila pritiska je enaka tlaku, pomnoženemu s površino, tj.
F 1 = str 1 · a\up122, F 2 = str 2 · a\up122 , kje a- rob kocke,
in moč F 1 je usmerjena navzdol in sila F 2 – gor. Tako se delovanje tekočine na kocko zmanjša na dve sili - F 1 in F 2 in je določena z njihovo razliko, ki je sila vzgona:
F 2 – F 1 =r· g· ( h+a)a\up122 – r gha· a 2 = pga 2
Sila je vzgonska, saj se spodnji rob naravno nahaja pod zgornjim in je sila, ki deluje navzgor, večja od sile, ki deluje navzdol. Magnituda F 2 – F 1 = pga 3 je enako prostornini telesa (kocke) a 3 pomnoženo s težo enega kubičnega centimetra tekočine (če za dolžinsko enoto vzamemo 1 cm). Z drugimi besedami, vzgonska sila, ki jo pogosto imenujemo Arhimedova sila, je enaka teži tekočine v prostornini telesa in je usmerjena navzgor. Ta zakon je postavil starogrški znanstvenik Arhimed, eden največjih znanstvenikov na Zemlji.
Če telo poljubne oblike (slika 2) zasede prostornino znotraj tekočine V, potem je učinek tekočine na telo popolnoma odvisen od tlaka, ki je porazdeljen po površini telesa, pri čemer upoštevamo, da je ta tlak popolnoma neodvisen od materiala telesa - ("tekočini je vseeno, kaj naj pritisni na").
Če želite določiti posledično silo pritiska na površino telesa, morate mentalno odstraniti prostornino V dano telo in to količino (miselno) napolnite z isto tekočino. Na eni strani je posoda s tekočino v mirovanju, na drugi strani pa znotraj volumna V- telo, sestavljeno iz dane tekočine, in to telo je v ravnovesju pod vplivom lastne teže (tekočina je težka) in pritiska tekočine na površino volumna V. Ker je teža tekočine v prostornini telesa enaka pgV in je uravnotežen z rezultantnimi tlačnimi silami, potem je njegova vrednost enaka teži tekočine v prostornini V, tj. pgV.
Ko ste miselno naredili obratno zamenjavo - jo postavite v volumen V dano telo in upoštevajte, da ta zamenjava ne bo vplivala na porazdelitev tlačnih sil na površini volumna V, lahko sklepamo: na telo, ki je v mirovanju potopljeno v težko tekočino, deluje sila navzgor (Arhimedova sila), ki je enaka teži tekočine v prostornini danega telesa.
Podobno se lahko pokaže, da če je telo delno potopljeno v tekočino, potem je Arhimedova sila enaka teži tekočine v prostornini potopljenega dela telesa. Če je v tem primeru Arhimedova sila enaka teži, potem telo lebdi na površini tekočine. Očitno, če popolna potopitev Arhimedova sila bo manjša od teže telesa, potem se bo utopil. Arhimed je uvedel koncept "specifične teže" g, tj. teža na enoto prostornine snovi: g = str; če predpostavimo, da za vodo g= 1, potem trdno telo snovi, za katero g> 1 se bo utopil, in kdaj g < 1 будет плавать на поверхности; при g= 1 telo lahko lebdi (lebdi) v tekočini. Na koncu omenimo, da Arhimedov zakon opisuje obnašanje balonov v zraku (v mirovanju pri nizkih hitrostih).
Vladimir Kuznjecov
Pogosto so znanstvena odkritja rezultat preprostega naključja. Toda le ljudje z izurjenim umom lahko cenijo pomen preprostega naključja in iz njega potegnejo daljnosežne zaključke. To je zahvaljujoč verigi naključni dogodki V fiziki se je pojavil Arhimedov zakon, ki pojasnjuje obnašanje teles v vodi.
Tradicija
V Sirakuzah so o Arhimedu krojili legende. Nekega dne je vladar tega veličastnega mesta podvomil o poštenosti svojega zlatarja. Krona, izdelana za vladarja, je morala vsebovati določeno količino zlata. Arhimedu je bilo dodeljeno, da preveri to dejstvo.
Arhimed je ugotovil, da imajo telesa v zraku in vodi različne teže, razlika pa je premo sorazmerna z gostoto merjenega telesa. Arhimed je z merjenjem teže krone v zraku in vodi ter izvedel podoben poskus s celim kosom zlata dokazal, da je v izdelani kroni primeša lažja kovina.
Po legendi je Arhimed to odkritje izvedel v kopalni kadi, ko je opazoval pljusk vode. Zgodovina molči o tem, kaj se je zgodilo z nepoštenim draguljarjem, vendar je sklep sirakuškega znanstvenika postal osnova enega najpomembnejših zakonov fizike, ki nam je znan kot Arhimedov zakon.
Formulacija
Arhimed je predstavil rezultate svojih poskusov v svojem delu "O lebdečih telesih", ki je do danes žal ohranjeno le v obliki fragmentov. Sodobna fizika opisuje Arhimedov zakon kot kumulativno silo, ki deluje na telo, potopljeno v tekočino. Vzgonska sila telesa v tekočini je usmerjena navzgor; njegova absolutna vrednost je enaka teži izpodrinjene tekočine.
Delovanje tekočin in plinov na potopljeno telo
Vsak predmet, potopljen v tekočino, doživlja tlačne sile. V vsaki točki na površini telesa so te sile usmerjene pravokotno na površino telesa. Če bi bili enaki, bi telo doživelo samo stiskanje. Toda sile pritiska naraščajo sorazmerno z globino, zato je spodnja površina telesa bolj stisnjena kot zgornja. Lahko upoštevate in seštejete vse sile, ki delujejo na telo v vodi. Končni vektor njihove smeri bo usmerjen navzgor, telo pa bo potisnjeno iz tekočine. Velikost teh sil določa Arhimedov zakon. Lebdenje teles v celoti temelji na tem zakonu in na različnih posledicah iz njega. Arhimedove sile delujejo tudi v plinih. Zahvaljujoč tem silam vzgona zračne ladje letijo po nebu in Baloni: Zaradi izpodrivanja zraka so lažji od zraka.
Fizična formula
Moč Arhimeda lahko jasno pokažemo s preprostim tehtanjem. S tehtanjem vadbene uteži v vakuumu, na zraku in v vodi lahko vidite, da se njena teža bistveno spreminja. V vakuumu je teža uteži enaka, v zraku nekoliko manjša, v vodi pa še manjša.
Če vzamemo težo telesa v vakuumu kot P o, potem lahko njegovo težo v zraku opišemo z naslednjo formulo: P in = P o - F a;
tukaj P o - teža v vakuumu;
Kot je razvidno iz slike, vsa dejanja, ki vključujejo tehtanje v vodi, znatno olajšajo telo, zato je treba v takih primerih upoštevati Arhimedovo silo.
Za zrak je ta razlika zanemarljiva, zato običajno težo telesa, potopljenega v zrak, opisujemo s standardno formulo.
Gostota medija in Arhimedova sila
Z analizo najenostavnejših poskusov s telesno težo v različnih okoljih lahko pridemo do zaključka, da je teža telesa v različnih okoljih odvisna od mase predmeta in gostote potopnega okolja. Še več, gostejši kot je medij, večja je Arhimedova sila. Arhimedov zakon je povezal to razmerje in gostota tekočine ali plina se odraža v njegovi končni formuli. Kaj še vpliva na to silo? Z drugimi besedami, od katerih značilnosti je odvisen Arhimedov zakon?
Formula
Arhimedovo silo in sile, ki nanjo vplivajo, je mogoče določiti z uporabo preprostih logičnih sklepov. Predpostavimo, da je telo določene prostornine, potopljeno v tekočino, sestavljeno iz iste tekočine, v katero je potopljeno. Ta predpostavka ni v nasprotju z drugimi premisami. Navsezadnje sile, ki delujejo na telo, nikakor niso odvisne od gostote tega telesa. V tem primeru bo telo najverjetneje v ravnotežju, vzgonsko silo pa bo kompenzirala gravitacija.
Tako bo ravnotežje telesa v vodi opisano na naslednji način.
Sila težnosti pa je iz pogoja enaka teži tekočine, ki jo izpodriva: masa tekočine je enaka produktu gostote in prostornine. Z zamenjavo znanih količin lahko ugotovite težo telesa v tekočini. Ta parameter je opisan kot ρV * g.
Nadomeščanje znane vrednosti, dobimo:
To je Arhimedov zakon.
Formula, ki smo jo izpeljali, opisuje gostoto kot gostoto proučevanega telesa. Toda v začetnih pogojih je bilo navedeno, da je gostota telesa enaka gostoti okoliške tekočine. Tako lahko v to formulo varno nadomestite vrednost gostote tekočine. Vizualna ugotovitev, da je v gostejšem mediju sila vzgona večja, je dobila teoretično utemeljitev.
Uporaba Arhimedovega zakona
Prvi poskusi, ki dokazujejo Arhimedov zakon, so znani že v šoli. Kovinska plošča potone v vodi, vendar, zložena v škatlo, ne more le ostati na površju, ampak tudi nositi določeno obremenitev. To pravilo je najpomembnejši sklep iz Arhimedovega pravila; določa možnost konstrukcije rečnih in morskih plovil ob upoštevanju njihove največje zmogljivosti (izpodriva). Navsezadnje je gostota morske in sladke vode različna, zato morajo ladje in podmornice upoštevati spremembe tega parametra pri vstopu v rečna ustja. Napačen izračun lahko privede do katastrofe - ladja bo nasedla in za dvig bo potrebna znatna prizadevanja.
Arhimedov zakon je potreben tudi za podmorničarje. Dejstvo je, da gostota morske vode spreminja svojo vrednost glede na globino potopitve. Pravilen izračun gostote bo podmorničarjem omogočil pravilen izračun zračnega tlaka v obleki, kar bo vplivalo na manevriranje potapljača in zagotovilo njegovo varno potapljanje in vzpon. Pri globokomorskem vrtanju je treba upoštevati tudi Arhimedov zakon, saj ogromne vrtalne ploščadi izgubijo do 50 % svoje teže, zaradi česar sta njihov transport in obratovanje cenejša.
Besedilo dela je objavljeno brez slik in formul.
Celotna različica delo je na voljo v zavihku "Delovne datoteke" v formatu PDF
Uvod
Ustreznost:Če natančno pogledate svet okoli sebe, lahko odkrijete veliko dogodkov, ki se dogajajo okoli vas. Že od pradavnine je človek obdan z vodo. Ko plavamo v njej, naše telo potisne nekaj sil na površje. Že dolgo sem si postavljal vprašanje: »Zakaj telesa lebdijo ali potonejo? Ali voda potiska stvari ven?
moj raziskovanje je namenjen poglabljanju znanja, pridobljenega pri pouku o Arhimedovi sili. Odgovori na vprašanja, ki me zanimajo z uporabo življenjska izkušnja, opazovanja okoliške realnosti, izvajajte lastne poskuse in razlagajte njihove rezultate, kar bo razširilo znanje o tej temi. Vse vede so med seboj povezane. In skupni predmet preučevanja vseh znanosti je človek "plus" narava. Prepričan sem, da je preučevanje delovanja Arhimedove sile danes aktualno.
Hipoteza: Predvidevam, da lahko doma izračunate velikost vzgonske sile, ki deluje na telo, potopljeno v tekočino, in ugotovite, ali je ta odvisna od lastnosti tekočine, prostornine in oblike telesa.
Predmet študija: Vzgonska sila v tekočinah.
Naloge:
Preučiti zgodovino odkritja Arhimedove sile;
Preučite izobraževalno literaturo o delovanju Arhimedove sile;
Razviti veščine izvajanja samostojnih poskusov;
Dokaži, da je vrednost vzgonske sile odvisna od gostote tekočine.
Raziskovalne metode:
raziskave;
Izračunano;
Iskanje informacij;
Opažanja
1. Odkritje Arhimedove moči
Znana je legenda o tem, kako je Arhimed tekel po ulici in kričal "Eureka!" To samo pripoveduje zgodbo o njegovem odkritju, da je vzgonska sila vode po velikosti enaka teži vode, ki jo izpodrine, katere prostornina je enaka prostornini telesa, potopljenega vanjo. To odkritje se imenuje Arhimedov zakon.
V 3. stoletju pred našim štetjem je živel Hiero, kralj starogrškega mesta Sirakuze, in si je želel narediti novo krono iz čistega zlata. Izmerila sem ga točno toliko, kot je bilo treba, in naročila zlatarju. Mesec dni kasneje je mojster vrnil zlato v obliki krone in je tehtalo toliko, kot je masa danega zlata. Lahko pa se zgodi vse in mojster bi lahko goljufal z dodajanjem srebra ali še huje bakra, saj na oko ne ločiš, masa pa je takšna, kot mora biti. In kralj hoče vedeti: ali je bilo delo opravljeno pošteno? In potem je prosil znanstvenika Arhimeda, naj preveri, ali je mojster svojo krono naredil iz čistega zlata. Kot veste, je masa telesa enaka zmnožku gostote snovi, iz katere je telo sestavljeno, in njegove prostornine: . če različna telesa enake mase, vendar so iz različnih snovi, kar pomeni, da bodo imele različne prostornine. Če bi mojster kralju vrnil ne nakitno izdelane krone, katere volumna je zaradi kompleksnosti nemogoče določiti, temveč kos kovine enake oblike, kot mu jo je podaril kralj, bi bilo takoj jasno. ali je vanj vmešal drugo kovino ali ne. In med kopeljo je Arhimed opazil, da iz nje teče voda. Sumil je, da se izliva v točno tolikšni količini, kot jo zavzemajo deli njegovega telesa, potopljeni v vodo. In Arhimedu se je posvetilo, da je prostornino krone mogoče določiti s količino vode, ki jo izpodrine. No, če lahko izmerite prostornino krone, jo lahko primerjate z prostornino kosa zlata enake mase. Arhimed je potopil krono v vodo in izmeril, kako se je povečala prostornina vode. V vodo je potopil tudi kos zlata, katerega masa je bila enaka masi krone. In potem je izmeril, kako se je povečala prostornina vode. Izkazalo se je, da so količine izpodrinjene vode v obeh primerih različne. Tako je bil mojster razkrinkan kot prevarant, znanost pa obogatena z izjemnim odkritjem.
Iz zgodovine je znano, da je problem zlate krone spodbudil Arhimeda k preučevanju vprašanja lebdenja teles. Poskusi, ki jih je izvedel Arhimed, so bili opisani v eseju "O lebdečih telesih", ki je prišel do nas. Sedmi stavek (teorem) tega dela je Arhimed formuliral takole: telesa, težja od tekočine, potopljena v to tekočino, se bodo potopila, dokler ne dosežejo samega dna, v tekočini pa bodo postala lažja za težo tekočine. v prostornini, ki je enaka prostornini potopljenega telesa.
Zanimivo je, da je Arhimedova sila enaka nič, ko je telo, potopljeno v tekočino, s celotno osnovo tesno pritisnjeno na dno.
Odkritje temeljnega zakona hidrostatike je največji dosežek starodavne znanosti.
2. Oblikovanje in razlaga Arhimedovega zakona
Arhimedov zakon opisuje vpliv tekočin in plinov na telo, potopljeno vanje, in je eden glavnih zakonov hidrostatike in plinske statike.
Arhimedov zakon je formuliran takole: na telo, potopljeno v tekočino (ali plin), deluje vzgonska sila, ki je enaka teži tekočine (ali plina) v prostornini potopljenega dela telesa - ta sila je klical z Arhimedovo močjo:
,
kjer je gostota tekočine (plina), je pospešek prosti pad, - prostornina potopljenega dela telesa (ali dela prostornine telesa, ki se nahaja pod površino).
Posledično je Arhimedova sila odvisna le od gostote tekočine, v katero je telo potopljeno, in od prostornine tega telesa. Vendar to ni odvisno, na primer, od gostote snovi telesa, potopljenega v tekočino, saj ta količina ni vključena v nastalo formulo.
Upoštevati je treba, da mora biti telo popolnoma obdano s tekočino (ali sekati s površino tekočine). Tako na primer Arhimedovega zakona ni mogoče uporabiti za kocko, ki leži na dnu rezervoarja in se hermetično dotika dna.
3. Opredelitev Arhimedove sile
Silo, s katero telo v tekočini potiska, lahko eksperimentalno določimo s to napravo:
Majhno vedro in valjasto telo obesimo na vzmet, pritrjeno na stojalo. Razteg vzmeti označimo s puščico na stojalu, ki kaže težo telesa v zraku. Ko telo dvignemo, pod njega postavimo kozarec z drenažno cevjo, napolnjeno s tekočino do nivoja drenažne cevi. Nato je telo v celoti potopljeno v tekočino. V tem primeru se del tekočine, katere prostornina je enaka prostornini telesa, vlije iz posode za ulivanje v kozarec. Kazalec vzmeti se dvigne in vzmet skrči, kar kaže na zmanjšanje telesne teže v tekočini. IN v tem primeru Poleg sile težnosti na telo deluje tudi sila, ki ga potiska iz tekočine. Če v vedro nalijemo tekočino iz kozarca (tj. tekočino, ki jo je telo izpodrinilo), se kazalec vzmeti vrne v začetni položaj.
Na podlagi tega poskusa lahko sklepamo, da je sila, ki potiska telo, ki je popolnoma potopljeno v tekočino, enaka teži tekočine v prostornini tega telesa. Odvisnost tlaka v tekočini (plinu) od globine potopitve telesa vodi do pojava vzgonske sile (Arhimedove sile), ki deluje na vsako telo, potopljeno v tekočino ali plin. Ko se telo potaplja, se pod vplivom gravitacije premika navzdol. Arhimedova sila je vedno usmerjena nasproti sili težnosti, zato je teža telesa v tekočini ali plinu vedno manjša od teže tega telesa v vakuumu.
Ta poskus potrjuje, da je Arhimedova sila enaka teži tekočine v prostornini telesa.
4. Stanje lebdečih teles
Na telo, ki se nahaja v tekočini, delujeta dve sili: gravitacijska sila, usmerjena navpično navzdol, in Arhimedova sila, usmerjena navpično navzgor. Poglejmo, kaj se bo zgodilo s telesom pod vplivom teh sil, če je bilo sprva negibno.
V tem primeru so možni trije primeri:
1) Če je gravitacijska sila večja od Arhimedove sile, se telo spusti, to je, da se potopi:
, potem se telo utopi;
2) Če je modul gravitacije enak modulu Arhimedove sile, je lahko telo v ravnotežju znotraj tekočine na kateri koli globini:
, potem telo lebdi;
3) Če je Arhimedova sila večja od sile gravitacije, se bo telo dvignilo iz tekočine - lebdelo:
, potem telo lebdi.
Če lebdeče telo delno štrli nad površino tekočine, je prostornina potopljenega dela lebdečega telesa tolikšna, da je teža izpodrinjene tekočine enaka teži lebdečega telesa.
Arhimedova sila je večja od gravitacije, če je gostota tekočine večja od gostote telesa, potopljenega v tekočino, če
1) =— telo lebdi v tekočini ali plinu, 2) >—telo se utopi, 3) < — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.
Ta načela razmerja med gravitacijo in Arhimedovo silo se uporabljajo v ladijskem prometu. Na vodi pa lebdijo ogromna rečna in morska plovila iz jekla, katerih gostota je skoraj 8-krat večja od gostote vode. To je razloženo z dejstvom, da je le razmeroma tanek ladijski trup izdelan iz jekla in večina njegovo prostornino zavzema zrak. Povprečna gostota ladje se izkaže za bistveno manjšo od gostote vode; zato ne samo, da ne potone, ampak ga je mogoče tudi prevažati veliko število tovor. Plovila, ki plujejo po rekah, jezerih, morjih in oceanih, so zgrajena iz različnih materialov z različno gostoto. Trup ladij je običajno izdelan iz jeklene pločevine. Tudi vse notranje pritrditve, ki ladjam dajejo trdnost, so kovinske. Za gradnjo ladij se uporabljajo različni materiali, ki imajo tako večjo kot manjšo gostoto v primerjavi z vodo. Teža vode, ki jo izpodrine podvodni del plovila, je enaka teži plovila s tovorom v zraku oziroma sili težnosti, ki deluje na plovilo s tovorom.
Za aeronavtiko so najprej uporabljali balone, ki so bili prej polnjeni z ogretim zrakom, zdaj z vodikom ali helijem. Da se žogica dvigne v zrak, mora biti Arhimedova sila (vzgon), ki deluje na žogico, večja od sile gravitacije.
5. Izvedba poskusa
Raziščite obnašanje surovega jajca v različnih vrstah tekočin.
Cilj: dokazati, da je vrednost vzgonske sile odvisna od gostote tekočine.
Vzel sem eno surovo jajce in tekočine različnih vrst (Priloga 1):
Voda je čista;
Voda, nasičena s soljo;
Sončnično olje.
Najprej dam surovo jajce čisto vodo- jajce je potonilo - "šlo na dno" (Priloga 2). Nato v kozarec z čisto vodo Dodala sem žlico namizna sol, posledično jajce lebdi (Priloga 3). In končno sem jajce spustil v kozarec s sončničnim oljem - jajce je potonilo na dno (Priloga 4).
Sklep: v prvem primeru je gostota jajca večja od gostote vode in je zato jajce potonilo. V drugem primeru je gostota slane vode večja od gostote jajca, zato jajce plava v tekočini. V tretjem primeru je tudi gostota jajčeca večja od gostote sončnično olje, tako da je jajce potonilo. Torej, večja kot je gostota tekočine, manjša je gravitacijska sila.
2. Delovanje Arhimedove sile na človeško telo v vodi.
Eksperimentalno določite gostoto človeškega telesa, jo primerjajte z gostoto sladke in morske vode ter sklepajte o temeljni sposobnosti človeka za plavanje;
Izračunaj težo osebe v zraku in Arhimedovo silo, ki deluje na osebo v vodi.
Najprej sem s tehtnico izmerila svojo telesno težo. Nato je izmeril prostornino telesa (brez prostornine glave). Da bi to naredil, sem v kopel natočil toliko vode, da sem bil, ko sem se potopil v vodo, popolnoma potopljen (razen glave). Nato sem s centimetrskim trakom označil razdaljo od zgornjega roba kadi do nivoja vode ℓ 1 in nato, ko sem bil potopljen v vodo ℓ 2. Nato sem s predhodno graduiranim trilitrskim kozarcem začel nalivati vodo v kopel od nivoja ℓ 1 do nivoja ℓ 2 - tako sem izmeril količino vode, ki sem jo izpodrinil (Priloga 5). Gostoto sem izračunal po formuli:
Gravitacijsko silo, ki deluje na telo v zraku, smo izračunali po formuli: , kjer je gravitacijski pospešek ≈ 10. Vrednost vzgonske sile je bila izračunana z uporabo formule, opisane v odstavku 2.
Sklep: Človeško telo je gostejše od sladke vode, kar pomeni, da se v njej utopi. Človek lažje plava v morju kot v reki, saj je gostota morske vode večja in zato večjo vrednost vzgonska sila.
Zaključek
V procesu dela na tej temi smo se naučili veliko novega in zanimivega. Obseg našega znanja se je povečal ne le na področju delovanja Arhimedove moči, ampak tudi v njeni uporabi v življenju. Pred začetkom dela smo imeli o tem vse prej kot natančno predstavo. Med poskusi smo eksperimentalno potrdili veljavnost Arhimedovega zakona in ugotovili, da je sila vzgona odvisna od prostornine telesa in gostote tekočine, večja kot je gostota tekočine, večja je Arhimedova sila. Nastala sila, ki določa obnašanje telesa v tekočini, je odvisna od mase, prostornine telesa in gostote tekočine.
Poleg izvedenih poskusov so ga preučevali dodatno literaturo o odkritju Arhimedove moči, o lebdenju teles, aeronavtiki.
Vsak od vas lahko naredi neverjetna odkritja in za to vam ni treba imeti posebnega znanja ali močne opreme. Le malce bolj pozorno moramo pogledati na svet okoli sebe, biti malo bolj neodvisni v svojih presojah in odkritja vas ne bodo pustila čakati. Nepripravljenost večine ljudi vedeti svet pušča veliko prostora za radovedneže na najbolj nepričakovanih mestih.
Bibliografija
1. Velika knjiga eksperimentov za šolarje - M.: Rosman, 2009. - 264 str.
2. Wikipedia: https://ru.wikipedia.org/wiki/Archimedes_Law.
3. Perelman Ya.I. Zabavna fizika. - knjiga 1. - Ekaterinburg.: Teza, 1994.
4. Perelman Ya.I. Zabavna fizika. - knjiga 2. - Jekaterinburg.: Teza, 1994.
5. Peryshkin A.V. Fizika : 7. razred : učbenik za izobraževalne ustanove/ A.V. Periškin. - 16. izd., stereotip. - M.: Bustard, 2013. - 192 str.: ilustr.
Priloga 1
Dodatek 2
Dodatek 3
Dodatek 4
Razlog za nastanek Arhimedove sile je razlika v tlaku medija na različnih globinah. Zato se Arhimedova sila pojavi le ob prisotnosti gravitacije. Na Luni bo šestkrat, na Marsu pa 2,5-krat manj kot na Zemlji.
V breztežnostnem stanju ni Arhimedove sile. Če si predstavljamo, da je sila težnosti na Zemlji nenadoma izginila, potem bodo vse ladje v morjih, oceanih in rekah ob najmanjšem pritisku šle v katero koli globino. Toda površinska napetost vode, neodvisna od gravitacije, jim ne bo dovolila, da se dvignejo navzgor, zato ne bodo mogli vzleteti, vsi se bodo utopili.
Kako se kaže Arhimedova moč?
Velikost Arhimedove sile je odvisna od prostornine potopljenega telesa in gostote medija, v katerem se nahaja. Njena natančna definicija v sodobnem smislu: na telo, potopljeno v tekoči ali plinasti medij v gravitacijskem polju, deluje vzgonska sila, ki je natančno enaka teži medija, ki ga je telo premaknilo, to je F = ρgV, kjer je F je Arhimedova sila; ρ – gostota medija; g – pospešek prostega pada; V je prostornina tekočine (plina), ki jo izpodrine telo ali njegov potopljeni del.
Če v sladki vodi na vsak liter prostornine potopljenega telesa deluje sila vzgona 1 kg (9,81 N), potem v morska voda, katerega gostota je 1,025 kg * kubičnih. dm, bo Arhimedova sila 1 kg 25 g delovala na enak liter prostornine, za človeka povprečne postave bo razlika v podporni sili morske in sladke vode skoraj 1,9 kg. Zato je plavanje v morju lažje: predstavljajte si, da morate z dvokilogramsko bučko v pasu preplavati vsaj ribnik brez toka.
Arhimedova sila ni odvisna od oblike potopljenega telesa. Vzemite železen valj in izmerite njegovo silo od vode. Nato ta valj razvaljajte v list, ga plosko in z robom potopite v vodo. V vseh treh primerih bo Arhimedova moč enaka.
Morda se na prvi pogled zdi nenavadno, toda če je plošča potopljena ravno, se zmanjšanje razlike v tlaku za tanko ploščo kompenzira s povečanjem njene površine pravokotno na gladino vode. In ko je potopljen z robom, nasprotno, majhno površino roba kompenzira večja višina lista.
Če je voda zelo nasičena s solmi, zaradi česar je njena gostota višja od gostote človeškega telesa, se v njej ne bo utopil niti človek, ki ne zna plavati. Ob Mrtvem morju v Izraelu lahko na primer turisti več ur ležijo na vodi, ne da bi se premaknili. Res je, da je še vedno nemogoče hoditi po njem - površina podpore je majhna, oseba pade v vodo do vratu, dokler teža potopljenega dela telesa ni enaka teži vode, ki jo izpodrine. Če pa imate nekaj domišljije, lahko ustvarite legendo o hoji po vodi. Toda v kerozinu, katerega gostota je le 0,815 kg * kubičnih. dm, tudi zelo izkušen plavalec ne bo mogel ostati na gladini.
Arhimedova sila v dinamiki
Vsi vedo, da ladje plavajo zahvaljujoč moči Arhimeda. Toda ribiči vedo, da je Arhimedovo silo mogoče uporabiti tudi v dinamiki. Če naletite na veliko in močno ribo (na primer taimen), potem je nima smisla počasi vleči k mreži (loviti jo): pretrgala bo ribiško vrvico in odšla. Ko izgine, ga morate najprej rahlo potegniti. Ko začuti trnek, se riba, ki se poskuša osvoboditi iz njega, požene proti ribiču. Potem morate potegniti zelo močno in ostro, da se ribiška vrvica ne bo imela časa zlomiti.
V vodi ribje telo skoraj nič ne tehta, njegova masa in vztrajnost pa sta ohranjeni. Pri tem načinu ribolova se bo zdelo, da bo Arhimedova sila brcnila ribo v rep, plen pa bo sam skočil pred ribičeve noge ali v njegov čoln.
Arhimedova moč v zraku
Arhimedova sila ne deluje samo v tekočinah, ampak tudi v plinih. Zahvaljujoč njej letijo baloni in zračne ladje (cepelini). 1 cu. m zraka pri normalne razmere(20 stopinj Celzija na morski gladini) tehta 1,29 kg, 1 kg helija pa 0,21 kg. To pomeni, da lahko 1 kubični meter napolnjene školjke dvigne breme 1,08 kg. Če ima lupina premer 10 m, bo njena prostornina 523 kubičnih metrov. m. Ko smo ga izdelali iz lahkega sintetičnega materiala, dobimo dvižno silo približno pol tone. Aeronavti imenujejo Arhimedovo silo v zraku fuzijska sila.
Če izčrpate zrak iz balona, ne da bi se ta skrčil, bo vsak njegov kubični meter potegnil navzgor vseh 1,29 kg. Povečanje vzgona za več kot 20 % je tehnično zelo mamljivo, vendar je helij drag, vodik pa eksploziven. Zato se občasno pojavljajo projekti vakuumskih zračnih ladij. Toda materiali, ki lahko prenesejo visok (približno 1 kg na kvadratni cm) zunanji atmosferski pritisk na lupino, sodobna tehnologijaše ne zna ustvariti.
