Условие плавания тел. Плавание тел — Гипермаркет знаний

Мы знаем, что на любое тело, находящееся в жидкости, действуют две силы, направленные в противоположные стороны: сила тяжести и архимедова сила. Сила тяжести равна весу тела и направлена вниз, архимедова же сила зависит от плотности жидкости и направлена вверх. Как физика объясняет плавание тел , и каковы условия плавания тел на поверхности и в толще воды?

Условие плавания тел

Согласно закону Архимеда условие плавания тел следующее: если сила тяжести равна архимедовой силе, то тело может находиться в равновесии в любом месте жидкости, то есть плавать в ее толще. Если сила тяжести меньше архимедовой силы, то тело будет подниматься из жидкости, то есть всплывать. В случае же, когда вес тела больше выталкивающей его архимедовой силы, то тело будет опускаться на дно, то есть тонуть. Выталкивающая сила зависит от плотности жидкости. А вот будет тело плавать или тонуть зависит от плотности тела , так как его плотность увеличит его вес. Если плотность тела будет выше плотности воды, то тело утонет. Как же быть в таком случае?

Плотность сухого дерева за счет полостей, наполненных воздухом, меньше плотности воды и дерево может плавать на поверхности. А вот железо и многие другие вещества значительно плотнее воды. Как же возможно строить корабли из металла и перевозить различные грузы по воде в таком случае? А для этого человек придумал небольшую хитрость. Корпус корабля, который погружается в воду, делают объемным, а внутри этот корабль имеет большие полости, заполненные воздухом, которые сильно уменьшают общую плотность корабля. Объем вытесняемой кораблем воды, таким образом, сильно увеличивают, увеличивая выталкивающую его силу, а плотность корабля в сумме делают меньше плотности воды, дабы корабль мог плавать на поверхности. Поэтому каждый корабль имеет определенный предел массы грузов, который он может увезти. Это называется водоизмещением судна.

Различают порожнее водоизмещение - это масса самого судна, и полное водоизмещение - это порожнее водоизмещение плюс общая масса экипажа, всей оснастки, запасов, топлива и грузов, которую может нормально увезти данное судно без риска утонуть при относительно спокойной погоде.

Плотность тела у организмов, населяющих водную среду, близка к плотности воды. Благодаря этому они могут находиться в толще воды и плавать благодаря подаренным им природой приспособлениям - ластам, плавникам и пр. В передвижении рыб большую роль играет специальный орган - плавательный пузырь. Рыба может менять объем этого пузыря и количество воздуха в нем, благодаря чему ее суммарная плотность может меняться, и рыба может плавать на различной глубине, не испытывая неудобств.

Плотность человеческого тела немного больше плотности воды. Однако, человек, когда у него в легких содержится некоторое количество воздуха, тоже может спокойно держаться на поверхности воды. Если же ради эксперимента, находясь в воде, вы выдохните весь воздух из легких, вы медленно начнете опускаться на дно. Поэтому всегда помните, что плавать не страшно, опасно наглотаться воды и впустить ее в легкие, что и является наиболее частой причиной трагедий на воде.

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА

1. ФИО: Шевцова Любовь Николаевна

2.Место работы: МБОУ МО Плавский район «Молочно-Дворская СОШ»

3. Должность: учитель физики

4.Предмет: физика

5.Класс: 7

6.Базовый учебник: Физика. 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений /А.В. Перышкин. – 2-е изд., стереотип – М.: Дрофа, 2013. – 221, с.: ил.

7. Тип урока: урок изучения нового материала с использованием ЭОР и самостоятельной деятельности учащихся.

8.Метод обучения: исследовательский.

9.Тема и номер урока в теме: «Давление твердых тел, жидкостей и газов»

Урок № 46.16

Тема урока : «Плавание тел».

Цель урока :

Выяснить экспериментальным путем условия, при которых тело в жидкости плавает, всплывает и тонет; сформулировать вывод в том, что поведение тел в жидкости зависит от соотношения выталкивающей силы Архимеда и силы тяжести, плотностей жидкости и тела, погруженного в жидкость.

Задачи:

Образовательные:

Актуализировать знания учащихся о действии жидкостей и газов на погруженные в них тела ; выяснить и сформулировать условия плавания тел.

Развивающие:

Формирование навыков организации самостоятельной деятельности учащихся с использованием ЭОР; овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний, организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умений предвидеть возможные результаты своих действий; сформировать познавательные интересы, интеллектуальные и творческие способности учащихся.

Воспитательные:

Воспитывать интерес к предмету, потребность в познании нового, внимание, самостоятельность, коммуникативные качества, компьютерную грамотность, аккуратность.

Здоровьесберегающие:

Профилактика умственного перенапряжения путем смены деятельности.

Необходимое техническое оборудование : ПК, мультимедийный проектор, презентация, оборудование для проведения опытов.

Оборудование : несколько стаканов с растворами соли, сахара, марганцовки, яйцо в воде, набор тел: бруски железный, алюминиевый, дубовый, пробковый, пенопластовый кубик, ареометр.

Планируемый результат

Личностные умения

Метапредметные умения

Предметные умения

- проявление эмоционально-ценностного отношения к учебной проблеме;

Проявление творческого отношения к процессу обучения;

Готовность к равноправному сотрудничеству;

Потребность в самовыражении и самореализации, социальном признании;

Убежденность в возможности познания природы;

Проявление самостоятельности в приобретении новых знаний и практических умений

Познавательные :

Умение находить сходство и различие между объектами, обобщать полученную информацию;

Умение вести наблюдение;

Умение прогнозировать ситуацию.

Регулятивные:

Умение выполнять учебное задание в соответствии с целью;

Умение соотносить учебные действия с известными правилами;

Умение выполнять учебное действие в соответствии с планом.

Коммуникативные:

Умение формулировать высказывание;

Умение согласовывать позиции и находить общее решение;

Умение адекватно использовать речевые средства и символы для представления результата.

Предметные умения

Умение объяснять условия плавания тел на основе изученного понятия архимедовой силы и силы тяжести, действующие на тело, погруженное в жидкость, а также от зависимости плотности тела и жидкости;

Умение составлять план эксперимента, заполнять таблицу и делать вывод;

Умение работать с текстом учебника.

«Без сомнения, все наше знание начинается с опыта.»

И.Кант

СТРУКТУРА И ХОД УРОКА

Таблица 1

Этап урока

Деятельность учителя

Деятельность ученика

Название используемых ЭОР

Время

(в мин)

Оргмомент

Приветствие учащихся.

Приветствуют учителя

Проверяют готовность своего рабочего места.

Актуализация знаний, повторение пройденного материала.

Предлагает ученикам вспомнить закон Архимеда

(Сформулировать, записать формулу)

Слайд № 1 Слайд № 2

Выполнить тест, состоящий из 8 разноуровневых заданий. (на столах уч-ся лежат листочки с вопросами теста) Контролирует выполнение теста учащимися. Оценки.

Слайд № 3

Просмотр ролика Архимедова сила:

Опишите картинку

Отвечают на вопросы, формулируют закон Архимеда.

Слайд № 2

Выполняют тест, согласно инструкциям учителя.

Проверяю по ключу.

Слайд № 4

(плавает, часть над водой, часть под водой)

Архимедова сила (айсберг)

Постановка цели урока

Объявление темы урока.

Постановка целей и их запись каждым предложившим цель

Формулируют цели урока Слушают учителя.

Отвечают на вопросы учителя, делая различные предположения.

Изучение нового материала

Создание мотивации.

Слайд № 5-8

Рассказ о мальчике:

Однажды учитель продемонстрировал ученикам волшебное яйцо, которое умело плавать, а точнее всплывать со дна стакана и загадал ученикам загадку: как не трогая стакана с водой и яйцом и не используя никаких инструментов достать яйцо из стакана? Самый сообразительный, потратив всего 1 минуту, уже держал это яйцо в руках и получил «5». Как ему это удалось?

ТБ.

(на столах несколько стаканов с растворами соли, сахара, марганцовки, яйцо в воде)

Демонстрирует опыт: доливают в стакан раствор соли.

Слайд № 9

3адание группе 1 :

Пронаблюдайте, какие из предложенных тел тонут, и какие плавают в воде.
Найдите в таблице учебника плотности, соответствующих веществ и сравните с плотностью воды.
Результаты оформите в виде таблицы.

Оборудование: сосуд с водой и набор тел: бруски железный, алюминиевый, дубовый, пробковый.

Слайд № 10

Задание группе 2 :

Сравните глубину погружения в воде деревянного и пенопластового кубиков одинаковых размеров.
Сделайте выводы на основании результатов опытов

Оборудование: сосуд с водой, деревянный и пенопластовый кубики.

Слайд № 11

Задание группе 3 :

Выясните, отличается ли глубина погружения деревянного кубика в жидкости разной плотности. Результат опыта представить на рисунке
Сделайте выводы на основании результатов опытов.

Оборудование: стакан с водой, стакан с маслом, деревянный брусок 2 шт.

Учитель: Мы говорили об условии плавания твёрдых тел в жидкости. А может ли одна жидкость плавать на поверхности другой?

Задание группе 4 :

Наблюдение всплытия масляного пятна, под действием выталкивающей силы воды. Цель работы: Провести наблюдение за всплытием масла, погруженного в воду, обнаружить на опыте выталкивающее действие воды, указать направление выталкивающей силы.

Оборудование: сосуды с маслом, водой, пипетка.

Последовательность проведения опыта:

Возьмите с помощью пипетки несколько капель масла.
Опустите пипетку на глубину 3 – 4 см в стакан с водой.
Выпустите масло и пронаблюдайте, образование масляного пятна на поверхности воды.
На основе проделанного опыта сделайте вывод.

После выполнения эксперимента обсуждаются результаты работы, подводятся итоги. Пока учащиеся выполняют задания, наблюдаю за их работой, оказываю необходимую помощь.

Учитель: Заканчиваем работу, приборы отодвиньте на край стола. Переходим к обсуждению результатов. Сначала выясним, какие тела плавают в жидкости, а какие – тонут.

(Группа 1,2)(Учащиеся приводят примеры и делают вывод.) и т.д.

Слайд № 12

Слайд № 13,14

Учитель: (Группа 4) Снова вернёмся к таблице плотности веществ. Объясним, почему на воде образуется масляная плёнка.

Действие прибора - Ареометр (демонстрируем определение плотности воды и масла)

Пробуют в парах на своих местах.

Вывод:

Поведение тела зависит от плотности жидкости.
Тело может всплывать, плавать, тонуть.

Выполняют задание.

Заполняют таблицу.

Сравнивают значения плотностей.

Делают вывод:

Если плотность тела меньше плотности жидкости, то тело плавает.
Если плотность тела больше плотности жидкости, то тело тонет.

А если равны?

Если плотность тела равна плотности жидкости, то тело плавает внутри жидкости.

Опыт с киндерами

(мензурка с водой и 3 киндера разной массы)

Вывод: Таким образом, глубина погружения тела в жидкость зависит от плотности самого тела.

Вывод:

Глубина погружения тела в жидкость зависит от плотности жидкости

Вывод:

Жидкости ведут себя также, как и твердые тела. Их расположение в сосуде зависит от плотности.

Резина и кирпич в жидкости

Гиря в ртути

Мертвое море

Закрепление нового материала

Предлагает учащимся заполнить таблицу Слайд № 15

Проверка Слайд № 16

F A и F T	Ж и Т	Тонет, плавает или всплывает
F A T	Ж Т	Тонет
F A = F T	Ж = Т	Плавает
F A > F T	Ж > Т	Всплывает

Выполняют задание, применяя полученные знания . Делают и записывают вывод в тетрадь

Рефлексия.

Со всеми ли задачами мы справились? Выясняем?

Формулируют выводы.

Задают вопросы учителю.

Подведение итогов урока

Анализирует результаты выполнения учащимися заданий .

Выставляет оценки

Слушают учителя.

Домашнее задание

Формулирует домашнее задание, комментирует его:

§ 50, упр. 25 № 2, 4 Задание с пластилином!

Слайд № 17,18

Фиксируют домашнее задание.

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ НА ДАННОМ УРОКЕ ЭОР Таблица 2

	Название ресурса	Форма предъявления информации (иллюстрация, презентация, видеофрагменты, тест, модель и т.д.)
	“Архимедова сила”	Рисунок, текст, звук. Озвученная иллюстрация для изучения закона Архимеда.(Айсберг)
	“Выталкивающая сила и плотность жидкости”	Иллюстрированный и озвученный рассказ о различной величине архимедовой силы в пресной и солёной воде. (мертвое море)
	“Гиря в воздухе, воде и ртути”	Видеофрагмент, в котором демонстрируется как железная гиря тонет в воде и плавает в ртути.
	“Плавание тел”	Интерактивная модель, позволяющая провести виртуальный опыт по выявлению зависимости глубины погружения тела в жидкость (резина и кирпич)

Приложения

Тест

1. По какой формуле определяется Архимедова сила?
А. Б.

В. Г.

2. В каком случае Архимедова сила, действующая на самолёт больше: у поверхности Земли или на высоте 10 км?
А. Больше у поверхности Земли.

Б. В обоих случаях одинаково
В. Больше на высоте 10 км.

3. Какая сила равна весу жидкости, вытесненной этим телом?
А. Сила сопротивления.

Б. Архимедова сила.

В. Сила упругости.

4. Человек находится в воде. Как изменяется Архимедова сила, действующая на человека при вдохе?
А. Уменьшается.

Б. Увеличивается.

В. Не изменяется.

5. Тело весом 8 Н погружено в воду. Вес вытесненной жидкости равен 6 Н. Каково значение выталкивающей силы?
А. 2 Н Б. 6 Н В. 8 Н Г. 14 Н

6 . На рычажных весах уравновешены одинаковые тела. Нарушится ли равновесие и как, если опустить одно тело в воду, а другое в керосин?
А. Нарушится равновесие, перетянет тело, опущенное в керосин.
Б. Нарушится равновесие, перетянет тело, опущенное в воду.
В. Не нарушится.

7. Тело, подвешенное на нити, опускают в воду. Как при этом изменится сила тяжести, вес тела и сила Архимеда?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Увеличится;

уменьшится; https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

МБОУ МО Плавский район « Молочно-Дворская СОШ» Учитель физики Шевцова Л.Н.

Отвечаем на вопросы 1.Как называют силу, которая выталкивает тела, погруженные в жидкости и газы. 2. Как подсчитать архимедову силу? 3.От каких величин зависит архимедова сила? 4.От каких величин она не зависит?

На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная по модулю весу жидкости, которую вытесняет данное тело. При полном погружении тела объемом V т и плотностью ρ ж, архимедова сила F А:

Древнегреческий ученый Архимед, 287 г. до нашей эры. «Архимедова сила»

Ключ к тесту 1. В 2. А 3. Б 4. Б 5. Б 6. А А – 3 Б – 2 В – 1 8. Решение и ответ: F a = 1,3 кг/м 3 *6 м 3 * 9,8 Н/кг = 76,44 Н Ответ: 76,44 Н Вопросы 1- 6 - 1 балл; «5» - 10 -11 баллов; Вопрос 7 - 1-2 балла; «4» - 8 - 9 баллов; Задача № 8 - 3 балла «3» - 5 - 7 баллов; Итого: 11 баллов «2» - менее 5 баллов.

О каком плавающем теле идёт речь? Сегодня над морем Большая жара; А в море плывёт Ледяная гора. Плывёт и, наверное Считает: Она и в жару не растает.

«Без сомнения, все наше знание начинается с опыта.» И.Кант

Урок - исследование «Условия плавания тел»

Каковы условия плавания тел в жидкости?

Фронтальная экспериментальная работа 1 группа. Задание: Пронаблюдайте, какие из предложенных тел тонут, и какие плавают в воде. Найдите в таблице учебника плотности, соответствующих веществ и сравните с плотностью воды. Оборудование: сосуд с водой и набор тел: бруски железный, алюминиевый, дубовый, пробковый. Результаты оформите в виде таблицы. Плотность жидкости Плотность вещества Тонет или нет Вода – 1000 кг/м 3 Железо Алюминий Дерево (дуб) Пробка

Фронтальная экспериментальная работа 2 группа. Задание: Сравните глубину погружения в воде деревянного и пенопластового кубиков одинаковых размеров. Сделайте выводы на основании результатов опытов Оборудование: сосуд с водой, деревянный и пенопластовый кубики.

Фронтальная экспериментальная работа 3 группа. Задание: Выясните, отличается ли глубина погружения деревянного кубика в жидкости разной плотности. Результат опыта представить на рисунке Сделайте выводы на основании результатов опытов. Оборудование: стакан с водой, стакан с маслом, деревянный брусок 2 шт.

Условие плавания тел всплывает плавает тонет плотность жидкости больше плотности тела плотность жидкости равна плотности тела плотность жидкости меньше плотности тела

Фронтальная экспериментальная работа 4 группа. Задание: Наблюдение всплытия масляного пятна, под действием выталкивающей силы воды. Цель работы: Провести наблюдение за всплытием масла, погруженного в воду, обнаружить на опыте выталкивающее действие воды, указать направление выталкивающей силы. Оборудование: сосуды с маслом, водой, пипетка. Последовательность проведения опыта: Возьмите с помощью пипетки несколько капель масла. Опустите пипетку на глубину 3 – 4 см в стакан с водой. Выпустите масло и пронаблюдайте, образование масляного пятна на поверхности воды. На основе проделанного опыта сделайте вывод

Плавание одной жидкости на поверхности другой. Жидкости, как и твердые тела подчиняются условиям плавания тел.

F A и F T Ж и Т Тонет, плавает или всплывает Тонет Плавает Всплывает

F A и F T Ж и Т Тонет, плавает или всплывает F A F T Ж > Т Всплывает

Домашнее задание: § 50 Упр.25(2,4)

Уходя с урока, выберите смайлик:

Спасибо за внимание!

По закону Архимеда на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх,

где W- объем погруженной части тела.

Вес воды, вытесняемой телом, полностью или частично погруженным в воду, называется водоизмещением.

Центр тяжести
вытесненного объема жидкости называетсяцентром водоизмещения илицентром давления . При наклоне (крене) плавающего тела центр водоизмещения изменяет свое положение.

Линия, проходящая через центр тяжести тела и центр водоизмещения
в положении равновесия перпендикулярно свободной поверхности воды (плоскости плавания), являетсяосью плавания. В положении равновесия ось плавания вертикальна, при крене она наклонена к вертикали под углом крена.

Точку пересечения подъемной силы Р при наклонном положении тела с осью плавания принято называтьметацентром. Расстояние между центром тяжести тела и метацентромMобозначается черезh м (метацентрическая высота). Чем выше расположен метацентр над центром тяжести тела, т. е. чем больше метацентрическая высота, тем больше остойчивость тела (способность из крена переходить в положение равновесия), так как момент пары сил
, стремящийся восстановить равновесие тела, прямо пропорционален метацентрической высоте. Величина метацентрической высоты может быть определена по формуле

где - момент инерции площади плоскости плавания относительно продольной оси
;

W- водоизмещение тела;

е - расстояние между центром тяжести и центром водоизмещения.

Если метацентр лежит ниже центра тяжести тела, т. е. метацентрическая высота отрицательна, то тело неостойчиво.

Примеры

2.48. Определить вес груза, установленного на круглом в плане металлическом понтоне диаметром
, если после установки груза осадка понтона увеличилась на
.

Решение. Вес груза равен дополнительной силе вытеснения воды. В соответствии с законом Архимеда дополнительная сила вытеснения воды определяется по формуле:

Следовательно, вес груза

Ответ:
.

2.49. Простейший ареометр (прибор для определения плотности жидкостей), выполненный из круглого карандаша диаметром
и прикреплённого к его основанию металлического шарика диаметром
, имеет вес
. Определить плотность жидкости, если ареометр цилиндрической частью погружается в неё на глубину
.

Решение. Вес ареометра уравновешивается силой вытеснения (архимедовой силой).

Следовательно,

откуда найдем плотность жидкости

Ответ:
.

2.50. Объём части ледяной горы, возвышающейся над поверхностью моря, равен
. Определить общий объём ледяной горы и глубину её погружённой части, если в плане она имеет форму прямоугольника размером
.

Решение. Общий вес ледяной горы

где - объём подводной части ледяной горы;

- плотность льда.

Сила вытеснения (подъёмная сила) по закону Архимеда

где - плотность морской воды.

При плавании ледяной горы соблюдается условие

;

где
;

(табл. П-3).

Подставляя цифровые значения в предыдущую формулу, получим:

Общий объём ледяной горы

Глубина погружённой части ледяной горы

Ответ:
;
.

2.51. Запорно-поплавковый клапан бака водонапорной башни имеет следующие размеры:d=100мм;l=68мм;
мм;D=325мм. Если уровень воды не достигает полушара 2 , то клапан 1 открыт, и вода поступает в бак. По мере подъёма уровня воды и погружения в неё полушара на рычаг 3 начинает действовать сила
, равная выталкивающей силе воды (по закону Архимеда). Через рычаг усилие передаётся на клапан. Если величина этого усилия превысит силу давления водыp на клапан, то он закроется и вода перестанет поступать в бак. Определить, до какого предельного давленияpклапан будет закрыт, если допускается погружение в воду только полушара поплавка (до линии а – а).

Решение. Сила суммарного давления воды на клапан

где p– гидростатическое давление в корпусе клапана;

ω – площадь клапана.

Выталкивающая сила воды, действующая на поплавок, в соответствии с законом Архимеда

где
- объём шара.

Составим сумму моментов сил относительно шарнира О

С учётом ранее полученных зависимостей запишем уравнение моментов

Отсюда находим предельное давление

Ответ:
.

2.52. Автомобиль весомустановлен на паром с размерами
;
;
. Проверить остойчивость парома, если его весприложен на половине его высоты, а центр тяжести автомобиля находится на высоте
от верхней плоскости парома. Установить, как изменится метацентрическая высота, если на автомобиль будет уложен груз, центр тяжести которого расположен на высоте
от верхней плоскости парома.

Решение. 1) Найдем положение центра тяжести парома с автомобилем (без груза) относительно нижней плоскости парома

2) Водоизмещение парома с автомобилем (объем воды, вытесненный паромом)

3) Осадка парома

4) Расстояние центра водоизмещения от нижней плоскости парома

Расстояние между центром тяжести и центром водоизмещения

Момент инерции площади плоскости плавания

Метацентрическая высота

Так как метацентрическая высота положительная, то паром остойчив. Для случая

нагруженного автомобиля аналогично находим:

Следовательно, при наличии груза на автомобиле метацентрическая высота уменьшается на

Но паром и при наличии груза будет остойчив.

Ответ:
.

2.53 . Определить остойчивость деревянного цилиндрического бруса диаметром d =0,6 м и высотой h =0,5 м, если относительный удельный вес древесины
.

Решение:

Найдем силу веса цилиндра:

G бр =W бр дер,

где дер=

0,7
=7000 Н/м 3 – удельный вес дерева;

W бр =
=0,785
м 3 - объем бруса.

Тогда вес бруса G бр=7000
987 Н.

Вычисляем водоизмещение цилиндра:

W=
м 3 .

Осадка цилиндра составит:

=
м.

Найдем расстояние центра водоизмещения от нижней плоскости цилиндра:

H ц.в. ==
м.

Центр тяжести цилиндра находится на расстоянии от нижней плоскости:

h ц.т. =
м.

Расстояние между центром тяжести и центром водоизмещения составит:

е=h ц.т. -h ц.в. =0,25-0,175=0,075 м.

Момент инерции площади плоскости плавания составит:

I 0 =
м 4 .

Метацентрическая высота равняется:

Так как h м < 0, то цилиндр неостойчив.

2.54. Плавучий железобетонный тоннель с наружным диаметромD=8м и толщиной стенки=0,3м удерживается от всплытия тросами, расположенными попарно через каждые 25м длины тоннеля. Определить натяжение тросов, если вес 1м дополнительной

нагрузки по длине q=9,81кН, плотность бетона
, а угол
.

Решение:

Составим уравнение равновесия сил, действующих на

Где:

Подставив значение сил в исходное уравнение, получим:

откуда найдём силу, действующую на каждый трос:

Ответ: =

2.55. Определить необходимую высоту Н колокола газгольдера весомG=70кг, диаметромD=70см, чтобы объем газовой подушки был равенW=100л.

Решение: К
олокол удерживается в равновесии вследствие равенства сил, действующих на него:

р – избыточное давление в газовой подушке под колоколом;

ω – площадь колокола;

G– сила веса колокола.

Найдем избыточное давление газа под колоколом

Для определения величины Н используем уравнение Клайперона - Менделеева, исходя из

предположения, что процесс происходит изотермически:

;

откуда найдём соотношение

;

где – первоначальный объем газа в колоколе при атмосферном давлении,

– конечный объем газа при давлении
.

Причём величина давления составляет

Подставим в уравнение газового состояния.

где
– заданный первоначальный объём.

Получаем:

Ответ:
.

2.56. Определить давление р, создаваемого колоколом газгольдера и определить разность уровней воды под колоколом и в его стаканеh, если вес колоколаG= 20 кг и его диаметрd= 40 см.

Р
ешение:

Составим уравнение равновесия сил, действующих на колокол:

где – сила давления в газовой подушке.

где
– площадь (горизонтальная) сечения колокола.

Найдем давление под колоколом:

Это давление в газовой подушке (без учета атмосферного). Оно сохраняется во всех

точках постоянным, в том числе и на свободной поверхности воды под колоколом,

и на уровне сечения а-а вне колокола. А это давление, в свою очередь, можно определить так:

и будет

Ответ:

2.57. Шарообразный поплавок помещен в жидкость, находящуюся в цилиндрическом сосуде, плавающем в той же самой жидкости. Вес сосудаG 1 =1кг, вес жидкостиG 2 =5кг.

Известно также соотношение глубин k==0,9.

Определить вес поплавка.

Решение.

Составим уравнение равновесия всех сил, действующих на эту систему:

G с +G ж +G n =F арх

где F арх =
- архимедова сила, действующая на цилиндрический сосуд с жидкостью и поплавком. Или, подставив значения получим

5+1+ G n =F арх;

; или

(1),

Объём жидкости в цилиндре и объём погруженной части поплавка составляют:

W ж +W п.ч.п. =
.

В свою очередь – объём погруженной части поплавка умноженный на удельный вес жидкости - это вес поплавка:

W п.ч.п =F apx ’ =G n .

Или =W п.ч.п. Подставим в исходное уравнение:

W ж +=
получаем

W ж +G n =
,

где W ж =G ж – это вес жидкости в цилиндре, тогда

G ж +G n =
, откуда

G n =
-G ж; или

G n =
- 5. (2)

Запишем ещё раз уравнение (1):

G n =
- 6. (1)

Приравняем правые части соотношений (1) и (2), получим:

-5=
-6.

Учтём, что k=0,9=. Откуда найдём значение=0,9, тогда

-
=6-5=1

(-)=1;

(-0,9)=1;

0,1=1;

=10/

Подставим это значение в уравнение (1) и найдём вес поплавка:

G n =
- 6=-6=4 кг

Ответ: G n =4кг.

2.58 . Определить удельный вес бруса, имеющего следующие размеры: ширинаb=30см, высотаh=20см, длина=100см, глубина погружения у=16см.

Решение :

Составим уравнение равновесия для плавающего бруса:

где

;

;

=
.

Откуда получаем соотношение

Найдём удельный вес бруса

Ответ:
.

ПЛАВАНИЕ ТЕЛ

Состояние равновесия тв. тела, частично или полностью погружённого в (или газ). Осн. задача теории П. т.- определение положений равновесия тела, погружённого в жидкость, выяснение условий устойчивости равновесия. Простейшие условия П. т. указывает Архимеда закон.

Осн. понятия теории П. т. (рис. 1):

1) водоизмещение тела - жидкости, вытесняемой телом в состоянии равновесия (совпадает с весом тела);

2) плоскость возможной грузовой ватерлинии - всякая плоскость аb, отсекающая от тела объём, вес жидкости в к-ром равен водоизмещению тела;

3) грузовых ватерлиний - поверхность I, в каждой точке к-рой касательная плоскость явл. плоскостью возможной грузовой ватерлинии;

4) центр водоизмещения (или центр величины) - А объёма, отсекаемого плоскостью возможной грузовой ватерлинии;

5) поверхность центров водоизмещения - поверхность II, являющаяся геометрич. местом центров водоизмещения.

Рис. 1. ab, a1b1, а2b2 - плоскости возможной грузовой ватерлинии; А, А1, А2 - центры водоизмещения для объёмов, отсекаемых плоскостями аb, a1b1, a2,b2; I - поверхность грузовых ватерлиний; II - поверхность центров водоизмещения.

Если тело погрузить в жидкость до к.-н. плоскости возможной грузовой ватерлинии аb (рис. 2), то на тело будут действовать направленная перпендикулярно этой плоскости (т. е. вертикально вверх) F, проходящая через центр А, и численно равная ей Р. Как доказывается в теории П. т., направление силы F совпадает одновременно с направлением нормали An к поверхности II в точке А.

Рис. 2. Силы, действующие на тело, погружённое в жидкость до грузовой ватерлинии аb.

В положении равновесия силы F и Р должны быть направлены вдоль одной прямой, т. е. нормаль к поверхности II, восстановленная из центра А, должна проходить через центр тяжести С тела (нормали А1С, А2С на рис. 1). Число нормалей к поверхности II, проходящих через центр тяжести С, даёт число возможных положений равновесия плавающего тела. Если тело вывести из положения равновесия, то на него будет действовать F, Р. Когда эта пара стремится вернуть тело в положение равновесия, равновесие устойчиво, в противном случае - неустойчиво. Об устойчивости равновесия можно судить по положению метацентра. Другой простой признак: положение равновесия устойчиво, если для него расстояние между центрами А и С явл. наименьшим по сравнению с этим расстоянием для соседних положений (на рис. 1 при погружении до плоскости а2b2 равновесие устойчиво, а до а1b1- неустойчиво).

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . . 1983 .

ПЛАВАНИЕ ТЕЛ

Состояниеравновесия твёрдого тела, частично или полностью погружённого в жидкость(или газ). Осн. задача теории П. т. - определение равновесия тела, погружённогов жидкость, выяснение условий устойчивости равновесия. Простейшие условияП. т. указывает Архимеда закон.
Осн. понятия теории П. т. (рис. 1): 1)водоизмещение тела - вес жидкости, вытесняемой телом в состоянии равновесия(совпадает с весом тела); 2) плоскость возможной грузовой ватерлинии -всякая плоскость ab, отсекающая от тела объём, вес жидкости в к-ромравен водоизмещению тела; 3) поверхность грузовых ватерлиний - поверхностьI, в каждой точке к-рой касательная плоскость является плоскостью возможнойгрузовой ватерлинии; 4) центр водоизмещения (или центр величины) - центртяжести А объёма, отсекаемого плоскостью возможной грузовой ватерлинии;5) поверхность центров водоизмещения - поверхность II, являющаяся геом.

Рис. 1. ab, a 1 b 1 ,a 2 b 2 - плоскости возможной грузовой ватерлинии; А, А 1 , А 2 - центры водоизмещения для объёмов, отсекаемых плоскостями ab ,a 1 b 1 ,a 2 b 2 .I - поверхность грузовых ватерлиний; II - поверхность центров водоизмещения.

Если тело погрузить в жидкость до к.-н. ab (рис. 2), то на телобудут действовать направленная перпендикулярно этой плоскости (т. е. вертикальновверх) выталкивающая F , проходящая через центр А, ичисленно равная ей сила тяжести Р . Как доказывается в теорииП. т., направление силы F совпадает одновременно с направлениемнормали Ап кповерхности II в точке А.

Рис. 2. Силы, действующие на тело, погружённоев жидкость до грузовой ватерлинии.

В положении равновесия силы F и Р должны быть направлены вдоль одной прямой, т. е. нормальк поверхности II, восстановленная из центра А, должна проходитьчерез центр тяжести С тела (нормали А 1 С, А 2 С нарис. 1). Число нормалей к поверхности II, проходящих через центр тяжести С, даёт число возможных положений равновесия плавающего тела. Еслитело вывести из положения равновесия, то на него будет действовать парасил F , Р . Когда эта пара стремится вернуть тело в положениеравновесия, равновесие устойчиво, в противном случае - неустойчиво. Обустойчивости равновесия можно судить по положению метацентра. Другойпростой признак: положение равновесия устойчиво, если для него расстояниемежду центрами А и С является наименьшим по сравнению с этимрасстоянием для соседних положений (на рис. 1 при погружении до плоскости a 2 b 2 равновесие устойчиво, а до a 1 b 1 - неустойчиво).

Лит.: Жуковский Н. Е., Теоретическая ,2 изд., М. - Л., 1952.

С . М. Тарг.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Смотреть что такое "ПЛАВАНИЕ ТЕЛ" в других словарях:

Способность тела удерживаться на поверхности жидкости или на определенном уровне внутри жидкости или газа. Плавание тел объясняется Архимеда законом. Плавание тел устойчиво, если центр тяжести плавающего тела расположен ниже метацентра … Большой Энциклопедический словарь

ПЛАВАНИЕ ТЕЛ - состояние равновесия твёрдого тела, частично или полностью погружённого в жидкость млн. газ. Для равновесия плавающего тела необходимо, чтобы вес тела и вес вытесненной им жидкости (газа) были равны, что объясняется (см.) … Большая политехническая энциклопедия

Способность тела удерживаться на поверхности жидкости или на определённом уровне внутри жидкости или газа. Плавание тел объясняется Архимеда законом. Плавание тел устойчиво, если центр тяжести плавающего тела расположен ниже метацентра. * * *… … Энциклопедический словарь

У этого термина существуют и другие значения, см. Плавание (значения). Т … Википедия

Состояние равновесия твёрдого тела, частично или полностью погруженного в жидкость (или газ). Основная задача теории П. т. определение положений равновесия тела, погруженного в жидкость, выяснение условий устойчивости равновесия.… …

Способность тела удерживаться на поверхности жидкости или на определ. уровне внутри жидкости или газа. П. т. объясняется Архимеда законом. П. т. устойчиво, если центр тяжести плавающего тела расположен ниже метацентра … Естествознание. Энциклопедический словарь

Эта статья об умении человека плавать. О плавании как виде спорта см. Плавание … Википедия

В Викисловаре есть статья «плавание» Плавание многозначный термин, имеющий следующие определения: Плавание вид спорта, заключающийся в преодолении вплавь за наименьшее время различных дистанций Синхронное (художественное)… … Википедия

плавать (о теле) - ▲ располагаться частичный, погрузиться в жидкость плавание тел устойчивое положение тела, частично [или полностью] погруженного в жидкость или газ. плавать держаться на поверхности жидкости (дерево плавает в воде). плыть передвигаться в воде.… … Идеографический словарь русского языка

- (греч. hydraulikós водяной, от hydor вода и aulos трубка) наука о законах движения и равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики. В отличие от гидромеханики (См. Гидромеханика), Г.… … Большая советская энциклопедия

На данном уроке, тема которого: «Плавание тел» мы с вами поговорим о том, как себя ведут разные тела при погружении их в воду. Выясним, в чем причины таких различий, и проведем ряд экспериментов для лучшего понимания явления.

На двух предыдущих уроках мы выяснили, что на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила. Древнегреческий ученый Архимед предложил способ вычисления этой силы. На данном занятии мы порассуждаем о том, почему тела, погруженные в одни жидкости, будут всплывать на ее поверхность, а погруженные в другие жидкости - тонуть. Почему тела в разных жидкостях ведут себя по-разному?

Рассмотрим поведение двух брусков, железного и деревянного, одинакового объема при их погружении в воду. Железный брусок утонет, а деревянный всплывет на поверхность (см. рис. 1).

Рис. 1. Поведение разных тел в жидкости

Почему же это происходит? Рассмотрим, какие силы действуют на каждый брусок - это силы тяжести и выталкивающие силы - архимедовы (см. рис. 2).

Рис. 2. Действие сил на погруженные тела

Так как объемы этих тел одинаковы и жидкость, в которую они погружены, одна и та же, то значение выталкивающей силы будет одинаковой:

Бруски выполнены из разного материала, а значит, что при одном и том же объеме, но при различной плотности сила тяжести, действующая на железный брусок, будет больше, чем сила тяжести, действующая на деревянный брусок (см. рис. 3).

Рис. 3. Различие сил тяжести

Итак, поведение брусков в жидкости зависит от того, насколько отличаются силы тяжести и выталкивающие силы:

Теперь обратимся к математическим выражениям.

Подставим эти выражения в формулы для сил тяжести и архимедовых сил и увидим, что:

А может ли одно и то же тело тонуть в одной жидкости и плавать в другой? Проверим это экспериментально. Погрузим вареное яйцо в сосуд с водой (см. рис. 4).

Рис. 4. Вареное яйцо в жидкости

Яйцо тонет, но если добавить в воду соль и создать насыщенный раствор, то яйцо будет плавать на поверхности (см. рис. 5).

Рис. 5. Вареное яйцо в насыщенном растворе

То есть, когда плотности жидкостей различны, то чем больше эти плотности, тем больше выталкивающая сила и тело может плавать на поверхности одной жидкости и тонуть в другой. Подобного эффекта мы можем достичь, погрузившись в Мертвое море (см. рис. 6).

Рис. 6. Мертвое море

Плотность воды там составляет до . Человек может держаться на поверхности Мертвого моря, практически не прилагая для этого никаких усилий.

Большинство живых организмов, населяющих водную среду, имеет среднюю плотность, равную плотности воды. Именно это позволяет им плавать под водой. Особую роль играет плавательный пузырь. Изменяя его объем, рыбы могут плавать на разной глубине, так как они изменяют выталкивающую силу, действующую на них (см. рис. 7).

Рис. 7. Рыбы плавают на разной глубине благодаря плавательному пузырю

А где же используется подобное свойство в технике? Конечно, в судостроении. Корабли, выполненные из стали, прекрасно держатся на поверхности воды, а подобный кораблю кусок стали будет тонуть в той же самой воде. Итак, изменяя объем тела, можно добиться его плавучести.

Сегодня на занятии мы с вами разобрались, почему тела могут плавать или тонуть. Это зависит от соотношения силы тяжести и силы Архимеда. Так же можно сказать, что плавучесть тела будет зависеть от соотношения плотности тела и плотности жидкости.

Список литературы

Ф.Я. Божинова, Н.М. Кирюхин, Е.А. Кирюхина Физика 7 кл.: Учебник. - Х.: Издательство «Ранок», 2007, 192 с.
А.В. Перышкин. Физика 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений, 2-е издание, стереотипное. - М.: Дрофа, 2013. - 221 с.

Интернет портал «class-fizika.narod.ru» ()
Интернет портал «files.school-collection.edu.ru» ()
Интернет портал «eduspb.com» ()
Интернет портал «ru.solverbook.com» ()
Интернет портал «двойкам-нет.рф» ()

Домашнее задание

Что такое архимедова сила?
Какое условие должно выполняться, чтобы тело плавало на поверхности воды? Тонуло?
Сила тяжести, действующая на судно, равна 1000 кН. Какой объем воды вытесняет это судно, если оно держится на плаву?

Возможно, будет полезно почитать: