Kako dokazati postojanje plutajuće Arhimedove sile. Počni u nauci. Tijela u plutajućem stanju
Već znamo da je Arhimedova sila rezultanta sila pritiska fluida na sve dijelove tijela. Na sl. 22.5, a shematski su prikazane sile koje djeluju na dijelove iste površine za tijelo proizvoljnog oblika. Sa povećanjem dubine, ove sile se povećavaju - dakle, rezultanta svih sila pritiska je usmjerena prema gore.
Rice. 22.5. Na dokaz Arhimedovog zakona za tijelo proizvoljnog oblika
Zamenimo sada telo mentalno uronjeno u tečnost istom tečnošću, koja je „stvrdnula“, zadržavajući svoju gustinu (Sl. 22.5, b). Na ovo "tijelo" djelovat će ista Arhimedova sila kao i na ovo tijelo: na kraju krajeva, površina ovog "tijela" se poklapa s površinom odabranog volumena tekućine, a sile pritiska na različitim dijelovima površine ostaju iste. .
Odabrana zapremina tečnosti koja "pluta" unutar iste tečnosti je u ravnoteži. To znači da sila gravitacije F t i Arhimedova sila F A koja djeluje na nju uravnotežuju jedna drugu, odnosno jednake su po apsolutnoj vrijednosti i usmjerene suprotno (slika 22.5, c). Za tijelo koje miruje, gravitacija je jednaka težini, što znači da je Arhimedova sila jednaka težini dodijeljene zapremine tekućine. A ovo je volumen uronjenog dijela tijela: na kraju krajeva, mentalno smo ga zamijenili tekućinom.
Dakle, dokazali smo da na tijelo proizvoljnog oblika djeluje Arhimedova sila, koja je po apsolutnoj vrijednosti jednaka težini tečnosti u zapremini koju telo zauzima.
Navedeni dokaz je primjer misaonog eksperimenta. Ovo je omiljena metoda rasuđivanja mnogih naučnika. Galileo je posebno volio misaone eksperimente. Ali zaključci dobiveni kao rezultat misaonog eksperimenta moraju se provjeriti na stvarnom eksperimentu: na kraju krajeva, s obrazloženjem i pretpostavkama koje su neizbježne u svakom misaonom eksperimentu, može se pogriješiti. Stoga se nećemo ograničiti na gornji teorijski dokaz Arhimedovog zakona i provjerit ćemo ga na jednako lijepom eksperimentu.
Stavimo iskustvo
Okačimo praznu kantu na izvor (zove se Arhimedova kanta), a na njega - mali kamen proizvoljnog oblika (slika 22.6, a). Primjećujemo izduženje opruge i zamjenjujemo posudu ispod kamena, u koju se ulijeva voda do nivoa odvodne cijevi (slika 22.6, b). Kada je kamen potpuno uronjen, voda istisnuta njime će se izliti kroz odvodnu cijev u staklo. Primetićemo da se izduženje opruge, usled dejstva sile uzgona, smanjilo.
Rice. 22.6. Iskustvo pokazuje da je Arhimedova sila jednaka težini vode koju je tijelo istisnulo
Izlijmo sada vodu koju je kamen istisnuo iz stakla u Arhimedovu kantu - time ćemo težini kamena dodati samo težinu vode koju je istisnuo. I videćemo da je izduženje izvora postalo isto kao i pre nego što je kamen uronjen u vodu (sl. 22.6, c). To znači da je Arhimedova sila zaista po modulu jednaka težini vode koju je istisnuo kamen!
Ako ponovimo eksperiment, samo djelomično uronivši kamen u vodu, vidjet ćemo da je u ovom slučaju Arhimedova sila po apsolutnoj vrijednosti jednaka težini vode koju je kamen istisnuo.
U laboratorijskom radu br. 9 moći ćete empirijski provjeriti Arhimedov zakon.
1. Kako možete dokazati da je sila koja istiskuje potpuno uronjeno tijelo jednaka težini tečnosti u zapremini ovog tijela?
Odgovor: kao rezultat Arhimedovog eksperimenta s kantom.
2. Da li sila uzgona djeluje na tijelo potpuno uronjeno u plin?
Odgovor: da.
3. Arhimedova sila je sila koja gura tijelo iz tečnosti ili gasa.
4. Zašto se sila koja gura tijelo iz tečnosti ili gasa zove Arhimedova sila?
Odgovor: u čast starogrčkog naučnika Arhimeda, koji je prvi ukazao na njegovo postojanje i izračunao njegovu vrijednost.
5. Kakav je doprinos nauci dao Arhimed (287-212 pne)?
Odgovor: sila uzgona. Po prvi put je ukazao na postojanje potisne sile i izračunao njenu vrijednost.
6. Kojom se formulom određuje Arhimedova sila?
7. Dopunite dijagram.
8. Kolika je veličina i smjer rezultujuće sile koja djeluje na plutani plovak zapremine V = 0,5 cm 3, potpuno uronjen u vodu do određene dubine? Gustoća plute i vode, respektivno, jednaka je p t =200 kg/m 3 , p in =103 kg/m 3 .
9. Cigla mase m k = 1,8 kg, obješena na užetu, uronjena je u vodu. Koliko će se puta promijeniti gravitacija užeta?
2) Ako je cigla uronjena u vodu (vidi sliku desno), tada, pored gravitacije,
10. Koji zadatak je sirakuški kralj Hijeron (200. pne.) postavio Arhimedu?
Odgovor: utvrditi čvrstu krunu ili postoje šupljine i prevarili su ga majstori koji izrađuju krunu.
11. Kako je Arhimed riješio problem zlatne krune?
12. U kom eseju je formulisan Arhimedov zakon?
Odgovor: o lebdećim tijelima.
Permyakova Julia
Tema mog projekta je “Plivanje tijela”.
Cilj : proučavanje Arhimedovog zakona, razjašnjavanje uslova i karakteristika plivanja tela, njihovo ispitivanje u eksperimentima.
Skinuti:
Pregled:
MOU "OOSH sa. Dorogovinovka, okrug Pugačevski, oblast Saratov
PROJEKT
u fizici
na temu "Plivanje tijela"
Učenik 7. razreda
MOU OOSH s. Dorogovinovka
Permjakova Julija Nastavnik: Konnova I.V.
S. Dorogovinovka
godina 2014
I. UVOD
Tema mog projekta je “Plivanje tijela”.
Cilj : proučavanje Arhimedovog zakona, razjašnjavanje uslova i karakteristika plivanja tela, njihovo ispitivanje u eksperimentima.
Zadaci:
- Odaberite i proučite literaturu na tu temu.
- Opišite istoriju otkrića Arhimedovog principa.
- Dokazati postojanje Arhimedove sile.
- Provjerite uslove za plutajuća tijela u eksperimentima.
II. GLAVNI DIO
1. Teorijski dio
1.1. O Arhimedu
Arhimed je rođen u grčkom gradu Sirakuzi 287. godine prije Krista. e., gdje je živio skoro cijeli život, i tamo se bavio naučnom djelatnošću. Studirao je prvo kod svog oca, astronoma i matematičara Fidija, zatim u Aleksandriji, gde su vladari Egipta okupljali najbolje grčke naučnike i mislioce, a osnovali i čuvenu, najveću biblioteku na svetu. Ovdje, u Aleksandriji, Arhimed je upoznao Euklidove učenike, s kojima je održavao živu prepisku cijelog svog života. Ovdje je intenzivno proučavao djela Demokrita, Eudoxusa i drugih naučnika.
Nakon studija u Aleksandriji, Arhimed se ponovo vratio u Sirakuzu i naslijedio mjesto svog oca, dvorskog astronoma.
U teorijskom smislu, rad ovog velikog naučnika bio je zasljepljujuće višestruk. Glavna Arhimedova dela su se ticala različitih praktičnih primena matematike (geometrije), fizike, hidrostatike i mehanike. Bio je i snalažljiv inženjer koji je iskoristio svoj talenat da riješi niz praktičnih problema.
Do nas je došlo trinaest Arhimedovih rasprava. U najpoznatijem od njih - "O lopti i cilindru" (u dvije knjige), Arhimed utvrđuje da je površina lopte 4 puta veća od površine njenog najvećeg presjeka. Radovi Arhimeda sastoje se od proračuna površina figura ograničenih krivuljama i volumena tijela ograničenih proizvoljnim ravnima - stoga se Arhimed s pravom može smatrati ocem integralnog računa, koji je nastao dva milenijuma kasnije.
Kažu da je Arhimed smatrao da je svoje najvažnije otkriće dokaz da su zapremina sfere i cilindra opisani oko nje međusobno povezani kao 2:3. Arhimed je zamolio svoje prijatelje da stave ovaj dokaz na njegov nadgrobni spomenik.
Arhimed je takođe pokušao da reši problem kvadrature kruga i postigao je u tome izuzetne rezultate, kombinujući ih u delo „O merenju kruga“:
1. Površina kruga jednaka je površini pravokutnog trokuta s kracima jednakim dužini i polumjeru kružnice ( pr 2 ).
2. Površina kruga povezana je s površinom kvadrata opisanog oko njega kao 11:14.
3. Odnos obima i prečnika je veći i manje.
Arhimed je prvo izračunao broj "pi" - odnos obima kruga i njegovog prečnika - i dokazao da je isti za svaki krug.
Arhimed je takođe pronašao beskonačnu sumugeometrijska progresija sa nazivnikom . U matematici, ovo je bio prvi primjer beskonačnosti red.
U proučavanju jednog problema, koji se svodi na kubnu jednačinu, Arhimed je otkrio ulogu karakteristike, koja je kasnije postala poznata kao diskriminant.
Arhimed posjeduje formulu za određivanje površine trokuta u smislu njegove tri strane (pogrešno nazvana Heronova formula).
Važnu ulogu u razvoju matematike odigrao je njegov esej "Psamit" - "O broju zrna peska", u kojem pokazuje kako, koristeći postojeći brojevni sistemMožete izraziti proizvoljno velike brojeve. Kao razlog za svoje razmišljanje koristi problem brojanja zrna pijeska unutar vidljivog svemira. Time je opovrgnuto tada postojeće mišljenje o postojanju misterioznih "najvećih brojeva".". Još uvijek koristimo sistem imenovanja cijelih brojeva koji je izmislio Arhimed.
Navedena naučna otkrića samo su mali dio Arhimedovog rada. Marljivo su ga prevodili i komentarisali Arapi, a potom i zapadnoevropski naučnici.
U fiziku je Arhimed uveo pojam centra gravitacije, uspostavio naučne principe statike i hidrostatike i dao primjere primjene matematičkih metoda u fizičkim istraživanjima. Glavne odredbe statike formulirane su u eseju "O ravnoteži ravnih figura". Arhimed razmatra sabiranje paralelnih sila, definiše koncept težišta za različite figure i daje izvođenje zakona poluge. Čuveni zakon hidrostatike, koji je ušao u nauku sa njegovim imenom (Arhimedov zakon), formulisan je u raspravi "O lebdećim tijelima".
On je zaslužan za poznati izraz: "Daj mi uporište i pomjeraću zemlju." Očigledno je to izraženo u vezi s porinućem broda"Sirakozija" do vode. Radnici nisu bili u mogućnosti da pomjere ovaj brod. Pomogao im je Arhimed, koji je stvorio sistem blokova (lančana dizalica), uz pomoć kojih je jedna osoba, sam kralj, obavio ovaj posao.
1.2. Arhimedov zakon
Prema legendi, kraljHiero je naložio Arhimedu da provjeri da li je njegova kruna napravljena od čistog zlata ili je draguljar prisvojio nešto od zlata legirajući ga srebrom. Razmišljajući o ovom problemu, Arhimed je nekako ušao u kadu i tamo, uranjajući u kadu, primijetio da je količina vode koja se prelijeva preko ruba jednaka količini vode koju je istisnulo njegovo tijelo. Ovo zapažanje je nagnalo Arhimeda da reši problem krune, a on je, bez sekunde odlaganja, iskočio iz kade i, kao da je bio gol, odjurio kući, vičući iz sveg glasa o svom otkriću: „Eureka! Eureka!" (grčki "Pronađeno! Pronađeno!")".
Činjenica da određena sila djeluje na tijelo uronjeno u vodu svima je dobro poznata: teška tijela kao da postaju lakša - na primjer, naše vlastito tijelo kada smo uronjeni u kadu. Plivajući u rijeci ili u moru, lako možete podizati i pomicati vrlo teško kamenje po dnu – ono koje se ne može podići na kopnu; isti se fenomen uočava kada se kit iz nekog razloga iznese na obalu - životinja se ne može kretati izvan vodenog okruženja - njegova težina premašuje mogućnosti njenog mišićnog sistema. U isto vrijeme, svjetlosna tijela odolijevaju potapanju u vodu: potrebna je i snaga i spretnost da bi se potopila lopta veličine male lubenice; najvjerovatnije neće biti moguće uroniti loptu prečnika pola metra. Intuitivno je jasno da je odgovor na pitanje zašto neko tijelo pluta (a drugo tone) usko povezan s djelovanjem tekućine na tijelo uronjeno u njega; ne može se zadovoljiti odgovorom da laka tijela lebde, a teška tonu: čelična ploča će, naravno, potonuti u vodi, ali ako od nje napraviš kutiju, onda može plutati; dok se njegova težina neće promijeniti.
Da bismo razumjeli prirodu sile koja djeluje sa strane fluida na potopljeno tijelo, dovoljno je razmotriti jednostavan primjer (slika 1).
Kocka je uronjena u vodu, a i voda i kocka su nepomične. Poznato je da se pritisak u teškoj tečnosti povećava proporcionalno dubini – očigledno je da viši stub tečnosti jače pritiska na bazu. Ovaj pritisak ne deluje samo naniže, već i sa strane, i naviše istim intenzitetom - to je Pascalov zakon.
Ako uzmemo u obzir sile koje djeluju na kocku (slika 1), tada su, zbog očigledne simetrije, sile koje djeluju na suprotne bočne strane jednake i suprotno usmjerene - pokušavaju stisnuti kocku, ali ne mogu utjecati na njenu ravnotežu ili kretanje . Na gornje i donje strane djeluju sile. Pošto je pritisak na dubini veći nego na površini tečnosti i, i , zatim > . Pošto su sile F 2 i F 1 usmjerene u suprotnim smjerovima, tada je njihova rezultanta jednaka razlici F 2-F1 a usmjeren je u pravcu veće sile, odnosno prema gore. Ova rezultanta je Arhimedova sila, odnosno sila koja gura tijelo iz tečnosti.
Arhimedov zakon
Arhimedov zakon je formulisan na sledeći način:tijelo u tečnosti (ili gasu) gubi na svojoj težini onoliko koliko tečnost (ili gas) teži u zapremini koju je telo istisnulo.
1.3. Od čega zavisi sila uzgona?
Ponašanje tijela u fluidu ovisi o odnosu između modula gravitacije F t i Arhimedova sila F A koji deluju na ovo telo. Moguća su sljedeća tri slučaja:
- F t > F A - tijelo tone;
- F t \u003d F A - tijelo pluta u tečnosti;
- F t A - tijelo pluta sve dok ne počne plivati na površini tekućine.
Takođe, ponašanje tela u tečnosti zavisi od odnosa gustina tela i tečnosti. Stoga, da bismo odredili ponašanje tijela u fluidu, možemo uporediti gustinetijela i tečnosti. U ovom slučaju moguće su i tri situacije:
- ρ tijela > ρ tekućine - tijelo tone
- tijelo ρ = tečnost ρ - tijelo pluta
- tijelo ρ tečnosti - tijelo pluta.
Navedimo primjere.
Gustina gvožđa - 7800 kg / m 3 , gustina vode – 1000 kg/m 3 . To znači da će komad željeza potonuti u vodi. Gustina leda – 900 kg/m 3 , gustina vode – 1000 kg/m 3 , dakle, led ne tone u vodi, a ako se baci u vodu, počeće da pluta, i plutaće na površini.
2. Praktični dio
2.1. Dokaz postojanja Arhimedove sile
Provedimo eksperiment: uzmimo cilindar obješen na dinamometar, izmjerimo težinu ovog cilindra. Uronite ga u posudu s vodom. Izvagajmo ponovo. Primijetili smo da je težina cilindra smanjena.
Ponovimo eksperiment sa drugim tijelom - gomilom ključeva. Težina snopa uronjenog u vodu ponovo je postala manja.
Zaključak: na svako tijelo uronjeno u tekućinu djeluje sila uzgona, koja se naziva Arhimedova sila.
2.2. Proračun Arhimedove sile
Izračunajmo silu uzgona.
Da bismo to učinili, mjerimo težinu tijela u zraku, zatim mjerimo težinu istog tijela, ali potpuno uronjenog u vodu. Razlika između ovih sila biće vrednost Arhimedove sile.
F A \u003d P u zraku. – P u vodi.
Inače, Arhimedova sila se može izračunati, znajući gustinu tečnosti i zapreminu tela uronjenog u ovu tečnost, prema formuli:
F A \u003d g ρ W V t
2.3. Poređenje između gravitacije i Arhimedove sile
Hajde da napravimo eksperiment.
Uzmimo tijelo - bočicu sa malo pijeska. Odredimo silu gravitacije i Arhimedovu silu koja djeluje na ovo tijelo. Hajde da ih uporedimo. To vidimo ako:
F t > F A - tijelo tone;
F t \u003d F A - tijelo pluta u tečnosti;
F t A - tijelo pluta
Zaključak: ponašanje tijela u fluidu ovisi o odnosu između modula gravitacije F t i Arhimedova sila F A koji deluju na ovo telo.
2.4 Poređenje gustine tečnosti i tela
Hajde da uradimo još jedan eksperiment. Uzmimo tijela čija je gustina manja ili veća od gustine vode. Potopimo ih u vodu. To ćemo vidjeti„Tijela koja su teža od tečnosti, spuštena u nju, tonu sve dublje i dublje dok ne dođu do dna, i, nalazeći se u tečnosti, gube na svojoj težini onoliko koliko teži tečnost, uzeta u zapreminu tela, ” –kako reče Arhimed.
Zaključak: ponašanje tijela u tečnosti zavisi od odnosa gustine tela i tečnosti.
2.5 Poređenje Arhimedove sile koja djeluje na tijelo u tečnostima različite gustine
Provedimo eksperiment: uzmimo dvije tekućine različite gustine: šampon i slatku vodu i komad plastelina. Odrediti silu uzgona koja djeluje na plasteliniz svake od tečnosti. Videćemo da je Arhimedova sila drugačija: za tečnost veće gustine (šampon) veća je nego za tečnost manje gustine (slatka voda).
Tekst rada je postavljen bez slika i formula.
Puna verzija rada dostupna je na kartici "Job Files" u PDF formatu
Uvod
Relevantnost: Ako pažljivo pogledate svijet oko sebe, možete otkriti mnoge događaje koji se odvijaju u okolini. Čovjek je od davnina bio okružen vodom. Kada plivamo u njemu, naše tijelo gura neke sile na površinu. Već dugo sebi postavljam pitanje: „Zašto tijela lebde ili tonu? Da li voda gura stvari van?
Moj istraživački rad je usmjeren na produbljivanje znanja stečenog na lekciji o Arhimedovoj sili. Odgovori na moja pitanja, koristeći životno iskustvo, opažanja okolne stvarnosti, provodim vlastite eksperimente i objašnjavam njihove rezultate, što će proširiti znanje o ovoj temi. Sve nauke su međusobno povezane. A zajednički predmet proučavanja svih nauka je čovek "plus" priroda. Siguran sam da je proučavanje djelovanja Arhimedove sile danas relevantno.
hipoteza: Pretpostavljam da je kod kuće moguće izračunati veličinu uzgonske sile koja djeluje na tijelo uronjeno u tečnost i odrediti da li to zavisi od svojstava tečnosti, zapremine i oblika tela.
Predmet studija: Uzgon u tečnostima.
Zadaci:
Proučiti istoriju otkrića Arhimedove sile;
Proučiti edukativnu literaturu o djelovanju Arhimedove sile;
Razviti vještine za provođenje nezavisnog eksperimenta;
Dokazati da vrijednost uzgonske sile zavisi od gustine tečnosti.
Metode istraživanja:
Istraživanje;
Procijenjeno;
Pretraživanje informacija;
Zapažanja
1. Otkriće Arhimedove moći
Poznata je legenda o tome kako je Arhimed trčao niz ulicu i viknuo "Eureka!" Ovo samo govori o njegovom otkriću da je sila uzgona vode po apsolutnoj vrijednosti jednaka težini potisnute njome vode, čiji je volumen jednak volumenu tijela koje je u nju uronjeno. Ovo otkriće se naziva Arhimedov zakon.
U III veku pre nove ere živeo je Hijeron - kralj starogrčkog grada Sirakuze, i želeo je da sebi napravi novu krunu od čistog zlata. Odmjerio ga je striktno po potrebi i dao narudžbu draguljaru. Mesec dana kasnije, majstor je vratio zlato u obliku krune i težilo je koliko i masa ovog zlata. Ali uostalom, svašta se može dogoditi i majstor bi mogao prevariti dodavanjem srebra ili još gore - bakra, jer se na oko ne vidi, a masa je onakva kakva treba. A kralj želi da zna: da li je posao urađen pošteno? A onda je zamolio naučnika Arhimeda da proveri da li je majstor napravio svoju krunu od čistog zlata. Kao što znate, masa tijela jednaka je proizvodu gustine tvari od koje je tijelo napravljeno i njegovog volumena:. Ako različita tijela imaju istu masu, ali su napravljena od različitih tvari, tada će imati različite zapremine. Da je majstor vratio kralju ne krunu od nakita čiji se volumen zbog složenosti ne može odrediti, već komad metala istog oblika koji mu je kralj dao, tada bi odmah bilo jasno da li umiješao je drugi metal tamo ili ne. I dok se kupao, Arhimed je primetio da iz njega curi voda. Sumnjao je da je izlio tačno u količini koju zauzimaju dijelovi njegovog tijela uronjeni u vodu. I Arhimed je shvatio da se zapremina krune može odrediti zapreminom vode koju je istisnula. Pa, ako možete izmjeriti volumen krune, onda se može uporediti sa zapreminom komada zlata, jednake mase. Arhimed je potopio krunu u vodu i izmjerio kako se povećava volumen vode. U vodu je uronio i komad zlata čija je masa bila ista kao i kruna. A onda je izmjerio kako se povećao volumen vode. Količina istisnute vode u dva slučaja bila je različita. Tako je gospodar bio osuđen za prevaru, a nauka je obogaćena izvanrednim otkrićem.
Iz istorije je poznato da je problem zlatne krune podstakao Arhimeda da proučava pitanje lebdenja tela. Eksperimenti koje je izvodio Arhimed opisani su u eseju "O lebdećim tijelima", koji je došao do nas. Sedmu rečenicu (teoremu) ovog djela Arhimed je formulirao na sljedeći način: tijela teža od tekućine, uronjena u ovu tekućinu, potonu dok ne stignu do samog dna, a u tekućini će postati lakša za težinu tečnosti. u zapremini jednakoj zapremini uronjenog tela.
Zanimljivo je da je Arhimedova sila ravna nuli kada je tijelo uronjeno u tečnost gusto, sa cijelom bazom pritisnutom na dno.
Otkriće osnovnog zakona hidrostatike najveće je dostignuće antičke nauke.
2. Formulacija i objašnjenje Arhimedovog zakona
Arhimedov zakon opisuje djelovanje tečnosti i gasova na telo uronjeno u njih, i jedan je od glavnih zakona hidrostatike i gasne statike.
Arhimedov zakon je formulisan na sledeći način: na telo uronjeno u tečnost (ili gas) deluje sila uzgona jednaka težini tečnosti (ili gasa) u zapremini uronjenog dela tela - ova sila se naziva moć Arhimeda:
,
gdje je gustina tečnosti (gasa), je ubrzanje slobodnog pada, je zapremina uronjenog dela tela (ili dela zapremine tela ispod površine).
Dakle, Arhimedova sila zavisi samo od gustine tečnosti u koju je telo uronjeno i od zapremine ovog tela. Ali to ne ovisi, na primjer, o gustoći tvari tijela uronjenog u tekućinu, jer ta količina nije uključena u rezultirajuću formulu.
Treba napomenuti da tijelo mora biti potpuno okruženo tekućinom (ili se ukrštati s površinom tekućine). Tako se, na primjer, Arhimedov zakon ne može primijeniti na kocku koja leži na dnu spremnika, hermetički dodirujući dno.
3. Određivanje Arhimedove snage
Sila kojom tijelo u tekućini potiskuje van može se eksperimentalno odrediti pomoću ovog uređaja:
Okačimo malu kantu i cilindrično tijelo na oprugu pričvršćenu na tronožac. Strelicom na tronošcu označavamo istezanje opruge, koja pokazuje težinu tijela u zraku. Podižući tijelo, stavljamo čašu s odvodnom cijevi ispod nje, napunjenu tekućinom do nivoa odvodne cijevi. Tada je cijelo tijelo uronjeno u tečnost. U tom slučaju, dio tečnosti, čija je zapremina jednaka zapremini tela, izliva se iz posude za izlivanje u čašu. Pokazivač opruge se podiže, opruga se skuplja, što ukazuje na smanjenje težine tijela u tekućini. U ovom slučaju, uz silu gravitacije, na tijelo djeluje i sila koja ga istiskuje iz tekućine. Ako u kantu sipate tečnost iz stakla (odnosno onu koju je tijelo istisnulo), pokazivač opruge će se vratiti u početni položaj.
Na osnovu ovog iskustva možemo zaključiti da je sila koja istiskuje tijelo potpuno uronjeno u tečnost jednaka težini tečnosti u zapremini ovog tela. Ovisnost pritiska u tečnosti (gasu) o dubini uranjanja tela dovodi do pojave uzgonske sile (Arhimedove sile) koja deluje na bilo koje telo uronjeno u tečnost ili gas. Tijelo se pod utjecajem gravitacije kreće prema dolje. Arhimedova sila je uvek usmerena suprotno gravitaciji, pa je težina tela u tečnosti ili gasu uvek manja od težine ovog tela u vakuumu.
Ovo iskustvo potvrđuje da je Arhimedova sila jednaka težini tečnosti u zapremini tela.
4. Stanje plutajućih tijela
Na tijelo unutar tečnosti djeluju dvije sile: gravitacija, usmjerena vertikalno naniže, i Arhimedova sila, usmjerena okomito prema gore. Razmislite šta će se dogoditi s tijelom pod djelovanjem ovih sila, ako je u početku bilo nepomično.
U ovom slučaju moguća su tri slučaja:
1) Ako je sila gravitacije veća od Arhimedove sile, tada tijelo tone, odnosno tone:
, tada tijelo tone;
2) Ako je modul gravitacije jednak modulu Arhimedove sile, onda tijelo može biti u ravnoteži unutar fluida na bilo kojoj dubini:
, tada tijelo pluta;
3) Ako je Arhimedova sila veća od sile gravitacije, tada će se tijelo podići iz tečnosti - plutati:
, tada tijelo pluta.
Ako plutajuće tijelo djelomično strši iznad površine tekućine, tada je volumen potopljenog dijela plutajućeg tijela takav da je težina istisnute tekućine jednaka težini plutajućeg tijela.
Arhimedova sila je veća od sile gravitacije ako je gustina tečnosti veća od gustine tela uronjenog u tečnost, ako
1) \u003d - tijelo pluta u tekućini ili plinu, 2) >telo tone 3) < — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.
Upravo ovi principi odnosa gravitacije i Arhimedove sile se koriste u brodogradnji. Međutim, ogromna riječna i morska plovila napravljena od čelika, čija je gustoća gotovo 8 puta veća od gustine vode, drže se na vodi. To se objašnjava činjenicom da je samo relativno tanak trup broda napravljen od čelika, a veći dio njegovog volumena zauzima zrak. U ovom slučaju, prosječna vrijednost gustine broda ispada mnogo manja od gustine vode; stoga ne samo da ne tone, već može uzeti i veliku količinu tereta za transport. Brodovi koji plutaju rijekama, jezerima, morima i okeanima građeni su od različitih materijala različite gustine. Trup brodova je obično izrađen od čeličnih limova. Svi unutrašnji zatvarači koji brodovima daju snagu su također izrađeni od metala. Za izgradnju brodova koriste se različiti materijali, koji imaju i veću i manju gustoću u odnosu na vodu. Težina vode koju istiskuje podvodni dio broda jednaka je težini broda s teretom u zraku ili sili gravitacije koja djeluje na brod s teretom.
Za aeronautiku su prvo korišćeni baloni koji su se ranije punili zagrijanim vazduhom, a sada vodonikom ili helijumom. Da bi se lopta podigla u zrak, potrebno je da Arhimedova (uzgojna) sila koja djeluje na loptu bude veća od sile gravitacije.
5. Provođenje eksperimenta
Istražite ponašanje sirovog jajeta u raznim tečnostima.
Zadatak: dokazati da vrijednost uzgonske sile zavisi od gustine tečnosti.
Uzeo sam jedno sirovo jaje i tečnosti raznih vrsta (Prilog 1):
Voda je čista;
Voda zasićena solju;
Suncokretovo ulje.
Prvo sam spustio sirovo jaje u čistu vodu – jaje se udavilo – „otišlo je na dno“ (Prilog 2). Zatim sam u čašu čiste vode dodala kašiku kuhinjske soli, kao rezultat toga, jaje pliva (Prilog 3). I na kraju, spustio sam jaje u čašu sa suncokretovim uljem - jaje je potonulo na dno (Prilog 4).
Zaključak: u prvom slučaju gustina jajeta je veća od gustine vode, pa je stoga jaje potonulo. U drugom slučaju, gustina slane vode je veća od gustine jajeta, pa jaje pliva u tečnosti. U trećem slučaju, gustina jajeta je takođe veća od gustine suncokretovog ulja, pa je jaje potonulo. Dakle, što je veća gustina tečnosti, to je niža sila gravitacije.
2. Djelovanje Arhimedove sile na ljudsko tijelo u vodi.
Odredite iskustvom gustinu ljudskog tijela, uporedite je sa gustinom slatke i morske vode i izvedite zaključak o temeljnoj mogućnosti čovjeka da pliva;
Izračunajte težinu osobe u zraku, Arhimedovu silu koja djeluje na osobu u vodi.
Prvo sam koristio vagu za mjerenje tjelesne težine. Zatim je izmjerio zapreminu tijela (bez volumena glave). Da bih to uradio, sipao sam dovoljno vode u kadu tako da sam, kada sam bio uronjen u vodu, bio potpuno u vodi (osim glave). Zatim sam uz pomoć centimetarske trake od gornje ivice kade označio rastojanje do nivoa vode ℓ 1, a zatim - kada sam uronjen u vodu ℓ 2. Nakon toga, koristeći prethodno kalibriranu teglu od tri litre, počeo sam da sipam vodu u kadu od nivoa ℓ 1 do nivoa ℓ 2 - pa sam izmerio zapreminu vode koju sam istisnuo (Prilog 5). Izračunao sam gustinu koristeći formulu:
Sila gravitacije koja djeluje na tijelo u zraku izračunata je po formuli: , gdje je ubrzanje slobodnog pada ≈ 10 . Vrijednost sile uzgona izračunata je pomoću formule opisane u paragrafu 2.
Zaključak: Ljudsko tijelo je gušće od slatke vode, što znači da u njoj tone. Čovjeku je lakše plivati u moru nego u rijeci, jer je gustina morske vode veća, a samim tim i vrijednost sile uzgona.
Zaključak
U procesu rada na ovoj temi naučili smo mnogo novih i zanimljivih stvari za sebe. Krug našeg znanja se povećao ne samo u području djelovanja Arhimedove sile, već i u njenoj primjeni u životu. Prije početka rada imali smo daleko od detaljne ideje o tome. Tokom eksperimenata smo eksperimentalno potvrdili validnost Arhimedovog zakona i otkrili da sila uzgona zavisi od zapremine tela i gustine tečnosti, što je veća gustina tečnosti, veća je i Arhimedova sila. Rezultirajuća sila, koja određuje ponašanje tijela u tečnosti, zavisi od mase, zapremine tela i gustine tečnosti.
Pored izvedenih eksperimenata, proučavana je i dodatna literatura o otkriću Arhimedove sile, o navigaciji tijela i aeronautici.
Svako od vas može napraviti zadivljujuća otkrića, a za to vam nije potrebno nikakvo posebno znanje ili moćna oprema. Samo trebate bolje pogledati svijet oko nas, biti malo nezavisniji u svojim prosudbama, a otkrića vas neće natjerati da čekate. Nespremnost većine ljudi da saznaju o svijetu oko sebe ostavlja puno prostora za radoznale na najneočekivanijim mjestima.
Bibliografija
1. Velika knjiga eksperimenata za školarce - M.: Rosmen, 2009. - 264 str.
2. Wikipedia: https://ru.wikipedia.org/wiki/Law_Archimedes.
3. Perelman Ya.I. Zabavna fizika. - knjiga 1. - Jekaterinburg .: Teza, 1994.
4. Perelman Ya.I. Zabavna fizika. - knjiga 2. - Ekaterinburg .: Teza, 1994.
5. Peryshkin A.V. Fizika: 7. razred: udžbenik za obrazovne ustanove / A.V. Peryshkin. - 16. izd., stereotip. - M.: Drfa, 2013. - 192 str.: ilustr.
Prilog 1
Aneks 2
Aneks 3
Dodatak 4
ISKUSTVA na temu "Arhimedova sila"
Nauka je divna, zanimljiva i zabavna. Ali teško je vjerovati u čuda iz riječi, morate ih dodirnuti vlastitim rukama. Postoji iskustvo - zabavno!
I ako budete oprezni
Nezavisan od uma
I sa fizikom na "ti"
To iskustvo je zabavno -
Veselo, uzbudljivo -
Otkriće vam tajne
I nove snove!
1) Živa i mrtva voda
Stavite na sto litarsku staklenu teglu napunjenu do 2/3 vodom i dve čaše sa tečnošću: jednu sa natpisom "živa voda", drugu sa natpisom "mrtva". Umočite gomolj krompira (ili sirovo jaje) u teglu. On se davi. Dodajte "živu" vodu u teglu - gomolj će plutati, dodajte "mrtvu" vodu - ponovo će potonuti. Dodavanjem jedne ili druge tekućine možete dobiti otopinu u kojoj gomolj neće isplivati na površinu, ali neće ići na dno.
Tajna eksperimenta je da se u prvoj čaši nalazi zasićena otopina kuhinjske soli, u drugoj - obična voda. (Savjet: prije demonstracije krompir je bolje oguliti, a u teglu sipati slabu otopinu soli tako da i neznatno povećanje njegove koncentracije izazove učinak).
2) Kartuzijanski ronilac pipeta
Napunite pipetu vodom tako da lebdi okomito, gotovo potpuno uronjena u vodu. Uronite ronilačku pipetu u prozirnu plastičnu bocu napunjenu vodom do vrha. Bocu dobro zatvorite čepom. Pritiskom na zidove posude, ronilac će se početi puniti vodom. Promjenom pritiska natjerajte ronioca da slijedi vaše komande: "Dolje!", "Gore!" i "Stani!" (zaustavite se na bilo kojoj dubini).
3) Nepredvidiv krompir
(Eksperiment se može uraditi sa jajetom). Umočite gomolj krompira u staklenu posudu do pola napunjenu vodenim rastvorom kuhinjske soli. On lebdi na površini.
Šta se dešava sa krompirom ako dodate vodu u posudu? Uobičajeni odgovor je da će krompir plutati. Pažljivo sipajte vodu (njena gustina je manja od gustine rastvora i jaja) kroz levak duž zida posude dok se ne napuni. Krompir, na iznenađenje publike, ostaje na istom nivou.
4) Predenje breskve
Sipajte u čašu gazirane vode. Ugljični dioksid otopljen u tekućini pod pritiskom će početi izlaziti iz nje. Stavite breskvu u čašu. Odmah će isplivati na površinu i ... početi da se okreće kao točak. Tako će se ponašati još dosta dugo.
Da biste razumjeli razlog ove rotacije, pogledajte bliže šta se dešava. Obratite pažnju na baršunastu kožicu ploda, za čije će se dlačice zalijepiti mjehurići plina. Budući da će na jednoj polovini breskve uvijek biti više mjehurića, na nju djeluje velika sila plutanja i ona se pojavljuje.
5) Arhimedova sila u rasutom materijalu
Na predstavi Arhimedovo naslijeđe, stanovnici Sirakuze su se takmičili u tome da se "dobije biser sa dna mora". Slična, ali jednostavnija demonstracija može se ponoviti koristeći malu staklenu teglu prosa (pirinča). Stavite tenisku lopticu (ili čep od plute) u nju i zatvorite poklopac. Okrenite teglu tako da kuglica bude u donjem delu ispod prosa. Ako stvorite blagu vibraciju (lagano protresite staklenku gore-dolje), tada će se sila trenja između zrna prosa smanjiti, ona će postati pokretljiva i lopta će nakon nekog vremena isplivati na površinu pod djelovanjem Arhimedove sile. .
6) Paket je leteo bez krila
Stavite svijeću, upalite je, držite kesu preko nje, zrak u vrećici će se zagrijati,
Nakon otpuštanja paketa pogledajte kako će paket poletjeti pod djelovanjem Arhimedove sile.
7) Različiti plivači plivaju različito
U posudu sipajte vodu i ulje. Spustite maticu, čep i komadiće leda. Matica će biti na dnu, čep će biti na površini ulja, led će biti na površini vode ispod sloja ulja.
To je zbog uslova plivačkih tijela:
Arhimedova sila je veća od gravitacije plute - pluta pluta na površini,
Arhimedova sila je manja od sile gravitacije koja djeluje na maticu - orah tone
Arhimedova sila koja djeluje na komad leda je veća od gravitacije leda - pluta pluta na površini vode, ali pošto je gustina ulja manja od gustine vode, a manja od gustine leda - ulje će ostati na površini iznad leda i vode
8) Iskustvo u potvrđivanju zakona
Okačite kantu i cilindar sa opruge. Zapremina cilindra jednaka je unutrašnjoj zapremini kante. Produžetak opruge je označen pokazivačem. Uronite cijeli cilindar u posudu za točenje napunjenu vodom. Voda se sipa u čašu.
Količina prosute vode jeozapremine tela potopljenog u vodu. Pokazivač opruge označava smanjenje težine cilindra u vodi uzrokovano djelovanjeminuzgona sila.
Sipajte vodu iz čaše u kantu i videćete da se pokazivač opruge vraća u prvobitni položaj. Dakle, pod dejstvom Arhimedove sile, izvor se skupio i pod uticajem težine istisnute vode vratio u prvobitni položaj. Arhimedova sila jednaka je težini tečnosti koju je tijelo istisnulo.
9) Izgubljena ravnoteža
Napravite papirni cilindar, objesite naopako na polugu i balansirajte.
Donesimo lampu pod cilindar. Pod djelovanjem topline, ravnoteža se poremeti, posuda se diže. Kako Arhimedova moć raste.
Takveškoljke napunjene toplim plinom ili vrućim zrakom nazivaju se baloni i koriste se za aeronautiku.
ZAKLJUČAK
Radeći eksperimente, uvjerili smo se da na tijela uronjena u tekućine, plinove, pa čak i u rasute tvari djeluje Arhimedova sila usmjerena vertikalno prema gore. Arhimedova sila ne zavisi od oblika tela, dubine njegovog uranjanja, gustine tela i njegove mase. Arhimedova sila je jednaka težini tečnosti u zapremini potopljenog dela tela.
