Cum se dovedește existența unei forțe arhimediene plutitoare. Începe în știință. Corpuri în stare de plutire

Știm deja că forța lui Arhimede este rezultanta forțelor de presiune a fluidului asupra tuturor părților corpului. Pe fig. 22.5, a prezintă schematic forțele care acționează asupra secțiunilor aceleiași zone pentru un corp de formă arbitrară. Odată cu creșterea adâncimii, aceste forțe cresc - prin urmare, rezultanta tuturor forțelor de presiune este îndreptată în sus.

Orez. 22.5. La dovada legii lui Arhimede pentru un corp de formă arbitrară

Să înlocuim acum corpul scufundat mental într-un lichid cu același lichid, care s-a „întărit”, păstrându-și densitatea (Fig. 22.5, b). Aceeași forță lui Arhimede va acționa asupra acestui „corp” ca și asupra acestui corp: la urma urmei, suprafața acestui „corp” coincide cu suprafața volumului de lichid selectat, iar forțele de presiune pe diferite părți ale suprafeței rămân aceleași .

Volumul selectat de lichid, „plutitor” în interiorul aceluiași lichid, este în echilibru. Aceasta înseamnă că forța gravitației F t și forța lui Arhimede F A care acționează asupra ei se echilibrează reciproc, adică sunt egale în valoare absolută și direcționate opus (Fig. 22.5, c). Pentru un corp în repaus, gravitația este egală cu greutatea, ceea ce înseamnă că forța lui Arhimede este egală cu greutatea volumului alocat de lichid. Și acesta este volumul părții scufundate a corpului: la urma urmei, l-am înlocuit mental cu un lichid.

Deci, am demonstrat că o forță lui Arhimede acţionează asupra unui corp de formă arbitrară, egală în valoare absolută cu greutatea lichidului în volumul ocupat de corp.

Dovada oferită este un exemplu de experiment de gândire. Aceasta este metoda preferată de raționament pentru mulți oameni de știință. lui Galileo îi plăcea mai ales experimentele gândirii. Însă concluziile obținute în urma unui experiment de gândire trebuie verificate pe un experiment real: la urma urmei, cu raționamentele și presupunerile care sunt inevitabile în orice experiment de gândire, se poate face o greșeală. Prin urmare, nu ne vom limita la demonstrația teoretică de mai sus a legii lui Arhimede și o vom verifica într-un experiment la fel de frumos.

Să punem experiență

Să atârnăm o găleată goală de izvor (se numește găleată lui Arhimede) și de ea - o piatră mică de formă arbitrară (Fig. 22.6, a). Observăm alungirea izvorului și înlocuim un vas sub piatră, în care se toarnă apă până la nivelul conductei de scurgere (Fig. 22.6, b). Când piatra este complet scufundată, apa deplasată de ea se va revărsa prin conducta de scurgere în sticlă. Vom observa că alungirea arcului, datorită acțiunii forței de plutire, a scăzut.

Orez. 22.6. Experiența arată că forța lui Arhimede este egală cu greutatea apei deplasată de corp.

Să turnăm acum apa deplasată de piatră din sticlă în găleata lui Arhimede - făcând acest lucru vom adăuga la greutatea pietrei doar greutatea apei deplasată de ea. Și vom vedea că alungirea izvorului a devenit aceeași ca înainte ca piatra să fie scufundată în apă (Fig. 22.6, c). Aceasta înseamnă că forța lui Arhimede este într-adevăr egală ca modul cu greutatea apei deplasată de piatră!

Dacă repetăm ​​experimentul, scufundând piatra în apă doar parțial, vom vedea că și în acest caz forța lui Arhimede este egală în valoare absolută cu greutatea apei deplasată de piatră.

În munca de laborator nr. 9, veți putea testa legea lui Arhimede în mod empiric.

1. Cum puteți demonstra că forța care împinge un corp complet scufundat este egală cu greutatea lichidului în volumul acestui corp?

Răspuns: ca urmare a experimentului lui Arhimede cu o găleată.

2. Acționează o forță de plutire asupra unui corp complet scufundat în gaz?

Răspuns: da.

3. Forța arhimediană este forța care împinge un corp dintr-un lichid sau gaz.

4. De ce forța care împinge un corp dintr-un lichid sau gaz se numește forță arhimediană?

Răspuns: în onoarea savantului grec antic Arhimede, care i-a subliniat pentru prima dată existența și i-a calculat valoarea.

5. Ce contribuție a adus Arhimede (287-212 î.Hr.) științei?

Răspuns: forța de flotabilitate. Pentru prima dată a subliniat existența forței de împingere și a calculat valoarea acesteia.

6. Prin ce formulă se determină forța arhimediană?

7. Completează diagrama.

8. Care este magnitudinea și direcția forței rezultate care acționează asupra unui flotor de plută cu un volum de V = 0,5 cm 3, scufundat complet în apă până la o anumită adâncime? Densitatea plutei și respectiv a apei este egală cu p t =200 kg/m 3 , p in =103 kg/m 3 .

9. O cărămidă cu o masă de m k \u003d 1,8 kg, suspendată pe o frânghie, este scufundată în apă. De câte ori se va schimba gravitația frânghiei?

2) Dacă o cărămidă este scufundată în apă (vezi figura din dreapta), atunci, pe lângă gravitație,

10. Ce sarcină i-a pus lui Arhimede regele siracuza Hieron (200 î.Hr.)?

Răspuns: pentru a determina o coroană solidă sau există cavități și a fost înșelat de meșterii care fac coroana.

11. Cum a rezolvat Arhimede problema coroanei de aur?

12. În ce eseu este formulată legea lui Arhimede?

Răspuns: despre corpurile plutitoare.

Permyakova Julia

Tema proiectului meu este „Corpi de înot”.

Obiectiv : studiul legii lui Arhimede, clarificarea condițiilor și caracteristicilor înotului corpurilor, testarea lor în experimente.

Descarca:

Previzualizare:

MOU "OOSH cu. Dorogovinovka, districtul Pugachevsky, regiunea Saratov

PROIECT

în fizică

pe tema „Corpi de înot”

elev de clasa a VII-a

MOU OOSH s. Dorogovinovka

Permyakova Julia Profesor: Konnova I.V.

S. Dorogovinovka

anul 2014

I. Introducere

Tema proiectului meu este „Corpi de înot”.

Obiectiv: studiul legii lui Arhimede, clarificarea condițiilor și caracteristicilor înotului corpurilor, testarea lor în experimente.

Sarcini:

1. Selectați și studiați literatura pe această temă.
2. Descrie istoria descoperirii principiului lui Arhimede.
3. Demonstrați existența forței arhimedeene.
4. Verificați condițiile pentru corpurile plutitoare în experimente.

II. PARTE PRINCIPALĂ

1. Partea teoretică

1.1. Despre Arhimede

Arhimede s-a născut în orașul grecesc Siracuza în anul 287 î.Hr. e., unde a trăit aproape toată viața și acolo a fost angajat în activități științifice. A studiat mai întâi cu tatăl său, astronomul și matematicianul Fidias, apoi în Alexandria, unde conducătorii Egiptului au adunat cei mai buni oameni de știință și gânditori greci și au întemeiat, de asemenea, celebra și cea mai mare bibliotecă din lume. Aici, la Alexandria, Arhimede s-a întâlnit cu studenții lui Euclid, cu care a întreținut o corespondență vie toată viața. Aici a studiat intens lucrările lui Democrit, Eudoxus și alți oameni de știință.

După ce a studiat în Alexandria, Arhimede s-a întors din nou la Siracuza și a moștenit poziția tatălui său, astronom de curte.

În termeni teoretici, munca acestui mare om de știință a fost orbitor de multe fațete. Principalele lucrări ale lui Arhimede au vizat diverse aplicații practice ale matematicii (geometrie), fizicii, hidrostaticii și mecanicii. De asemenea, a fost un inginer plin de resurse care și-a folosit talentul pentru a rezolva o serie de probleme practice.

Treisprezece tratate ale lui Arhimede au ajuns la noi. În cel mai faimos dintre ele - „Pe minge și cilindru” (în două cărți), Arhimede stabilește că suprafața mingii este de 4 ori mai mare decât aria secțiunii celei mai mari. Lucrările lui Arhimede constau în calcule ale ariilor figurilor mărginite de curbe și ale volumelor corpurilor delimitate de planuri arbitrare - prin urmare, Arhimede poate fi considerat pe bună dreptate părintele calculului integral, care a apărut două milenii mai târziu.

Ei spun că Arhimede a considerat cea mai importantă descoperire a sa ca fiind dovada că volumul unei sfere și al unui cilindru descrise în jurul acesteia sunt legate între ele ca 2:3. Arhimede le-a rugat prietenilor săi să pună această dovadă pe piatra funerară.

Arhimede a încercat, de asemenea, să rezolve problema pătrarii cercului și a obținut rezultate remarcabile în acest sens, combinându-le în lucrarea „Despre măsurarea cercului”:

1. Aria unui cerc este egală cu aria unui triunghi dreptunghic cu catete egale cu lungimea și raza cercului ( pr 2 ).

2. Aria unui cerc este legată de aria pătratului descris în jurul lui ca 11:14.

3. Raportul dintre circumferință și diametru este mai mareși mai puțin.

Arhimede a calculat mai întâi numărul „pi” - raportul dintre circumferința unui cerc și diametrul acestuia - și a demonstrat că este același pentru orice cerc.

Arhimede a găsit și o sumă infinităprogresie geometrică cu numitor . În matematică, acesta a fost primul exemplu de infinit rând.

În studiul unei probleme, care se reduce la o ecuație cubică, Arhimede a aflat rolul caracteristicii, care mai târziu a devenit cunoscută sub numele de discriminant.

Arhimede deține o formulă pentru determinarea aria unui triunghi în ceea ce privește cele trei laturi ale sale (numită incorect formula lui Heron).

Un rol important în dezvoltarea matematicii l-a jucat eseul său „Psammit” – „Despre numărul de boabe de nisip”, în care arată cum, folosind sistemul numeric existentPuteți exprima în mod arbitrar numere mari. Ca motiv pentru raționamentul său, el folosește problema numărării numărului de boabe de nisip din interiorul universului vizibil. Astfel, opinia existentă atunci despre existența unor misterioase „cele mai mari numere” a fost infirmată.". Încă folosim sistemul de numire a numerelor întregi inventat de Arhimede.

Descoperirile științifice enumerate sunt doar o mică parte din munca lui Arhimede. A fost tradus cu sârguință și comentat de arabi, iar apoi de savanții din Europa de Vest.

În fizică, Arhimede a introdus conceptul de centru de greutate, a stabilit principiile științifice ale staticii și hidrostaticii și a dat exemple de aplicare a metodelor matematice în cercetarea fizică. Principalele prevederi ale staticii sunt formulate în eseul „Despre echilibrul figurilor plane”. Arhimede ia în considerare adăugarea de forțe paralele, definește conceptul de centru de greutate pentru diferite figuri și oferă derivarea legii pârghiei. Celebra lege a hidrostaticii, care a intrat in stiinta cu numele sau (legea lui Arhimede), este formulata in tratatul „Despre corpurile plutitoare”.

I se atribuie binecunoscuta expresie: „Dă-mi un punct de sprijin și voi muta pământul.” Se pare că a fost exprimat în legătură cu lansarea navei."Siracozia" la apa. Muncitorii nu au putut muta această navă. Au fost ajutați de Arhimede, care a creat un sistem de blocuri (palan cu lanț), cu ajutorul căruia o persoană, regele însuși, a făcut această lucrare.

1.2. Legea lui Arhimede

Potrivit legendei, regeleHiero l-a instruit pe Arhimede să verifice dacă coroana lui era din aur pur sau dacă bijutierul și-a însușit o parte din aur aliându-l cu argint. Gândindu-se la această problemă, Arhimede a intrat cumva în baie și acolo, scufundându-se în baie, a observat că cantitatea de apă revărsată peste margine este egală cu cantitatea de apă deplasată de corpul său. Această observație l-a îndemnat pe Arhimede să rezolve problema coroanei, iar acesta, fără o secundă, a sărit din cadă și, parcă era gol, s-a repezit acasă, strigând cu voce tare despre descoperirea sa: „Eureka! Eureka!" (greacă „Găsit! Găsit!”)”.

Faptul că o anumită forță acționează asupra unui corp scufundat în apă este binecunoscut de toată lumea: corpurile grele par să devină mai ușoare - de exemplu, propriul nostru corp atunci când sunt scufundate într-o baie. Înotând într-un râu sau în mare, puteți ridica și muta cu ușurință pietre foarte grele de-a lungul fundului - cele care nu pot fi ridicate pe uscat; același fenomen se observă atunci când, din anumite motive, o balenă este spălată pe mal - animalul nu se poate deplasa în afara mediului acvatic - greutatea sa depășește capacitățile sistemului său muscular. În același timp, corpurile ușoare rezistă scufundarii în apă: este nevoie de atât putere, cât și dexteritate pentru a scufunda o minge de dimensiunea unui pepene mic; cel mai probabil nu va fi posibilă scufundarea unei mingi cu un diametru de jumătate de metru. Este intuitiv clar că răspunsul la întrebarea de ce un corp plutește (și altul se scufundă) este strâns legat de acțiunea unui fluid asupra unui corp scufundat în el; nu se poate mulțumi cu răspunsul că corpurile ușoare plutesc, iar corpurile grele se scufundă: o placă de oțel, desigur, se va scufunda în apă, dar dacă faci o cutie din ea, atunci poate pluti; în timp ce greutatea sa nu se va schimba.

Pentru a înțelege natura forței care acționează din partea fluidului asupra unui corp scufundat, este suficient să luăm în considerare un exemplu simplu (Fig. 1).

Cubul este scufundat în apă, iar atât apa cât și cubul sunt nemișcate. Se știe că presiunea într-un lichid greu crește proporțional cu adâncimea - este evident că o coloană mai înaltă de lichid presă mai puternic pe bază. Această presiune acționează nu numai în jos, ci și în lateral și în sus cu aceeași intensitate - aceasta este legea lui Pascal.

Dacă luăm în considerare forțele care acționează asupra cubului (Fig. 1), atunci, datorită simetriei evidente, forțele care acționează pe fețele laterale opuse sunt egale și direcționate opus - ele încearcă să comprime cubul, dar nu pot afecta echilibrul sau mișcarea acestuia. . Există forțe care acționează pe fețele superioare și inferioare. Deoarece presiunea la adâncime este mai mare decât la suprafaţa lichidului şi, și , apoi > . Deoarece forțele F 2 și F 1 direcționate în direcții opuse, atunci rezultanta lor este egală cu diferența F 2-F1 și este îndreptată în direcția unei forțe mai mari, adică în sus. Această rezultantă este forța arhimediană, adică forța care împinge corpul afară din lichid.

Legea lui Arhimede

Legea lui Arhimede este formulată astfel:un corp într-un lichid (sau gaz) pierde în greutate cât lichidul (sau gazul) cântărește în volumul deplasat de corp.

1.3. De ce depinde forța de plutire?

Comportarea unui corp într-un fluid depinde de raportul dintre modulele gravitaționale F t și forța arhimediană F A care acţionează asupra acestui corp. Următoarele trei cazuri sunt posibile:

1. F t > F A - corpul se scufundă;
2. F t \u003d F A - un corp plutește într-un lichid;
3. F t A - corpul plutește până când începe să plutească la suprafața lichidului.

De asemenea, comportamentul unui corp într-un lichid depinde de raportul dintre densitățile corpului și lichidul. Prin urmare, pentru a determina comportamentul unui corp într-un fluid, se pot compara densitățilecorpuri și fluide. În acest caz, sunt posibile și trei situații:

1. ρ al corpului > ρ al lichidului - corpul se scufundă
2. corp ρ = lichid ρ - corpul plutește
3. corp ρ lichide - corpul plutește.

Să dăm exemple.

Densitatea fierului - 7800 kg / m 3 , densitatea apei – 1000 kg/m 3 . Aceasta înseamnă că o bucată de fier se va scufunda în apă. Densitatea gheții – 900 kg/m 3 , densitatea apei – 1000 kg/m 3 , prin urmare, gheața nu se scufundă în apă, iar dacă este aruncată în apă, va începe să plutească și va pluti la suprafață.

2. Partea practică

2.1. Dovada existenței forței arhimedeene

Să facem un experiment: luați un cilindru suspendat de un dinamometru, măsurați greutatea acestui cilindru. Scufundați-l într-un recipient cu apă. Să-l cântărim din nou. Am observat că greutatea cilindrului a devenit mai mică.

Să repetăm ​​experimentul cu un alt corp - o grămadă de chei. Greutatea pachetului scufundat în apă a devenit din nou mai mică.

Concluzie: orice corp scufundat într-un lichid este afectat de o forță de plutire, numită forță arhimediană.

2.2. Calculul forței arhimedice

Să calculăm forța de plutire.

Pentru a face acest lucru, măsurăm greutatea corpului în aer, apoi măsurăm greutatea aceluiași corp, dar complet scufundat în apă. Diferența dintre aceste forțe va fi valoarea forței arhimedeene.

F A \u003d P în aer. – P în apă.

În caz contrar, se poate calcula forța arhimediană, cunoscând densitatea lichidului și volumul corpului scufundat în acest lichid, după formula:

F A \u003d g ρ W V t

2.3. Comparație între gravitație și forța arhimediană

Să facem un experiment.

Să luăm un corp - o fiolă cu nisip. Să determinăm forța gravitației și forța arhimediană care acționează asupra acestui corp. Să le comparăm. Vedem că dacă:

F t > F A - corpul se scufundă;

F t \u003d F A - un corp plutește într-un lichid;

F t A - corpul plutește

Concluzie: comportamentul unui corp într-un fluid depinde de raportul dintre modulele gravitaționale F t și forța arhimediană F A care acţionează asupra acestui corp.

2.4 Compararea densităților lichidelor și ale corpului

Hai să facem un alt experiment. Să luăm corpuri ale căror densități sunt mai mici sau mai mari decât densitatea apei. Să le scufundăm în apă. Vom vedea asta„corpurile care sunt mai grele decât lichidul, fiind coborâte în el, se scufundă din ce în ce mai adânc până ajung la fund și, fiind în lichid, pierd în greutate cât cântărește lichidul, luat în volumul corpurilor, ” –cum spunea Arhimede.

Concluzie: comportamentul unui corp într-un lichid depinde de raportul dintre densitățile corpului și lichidul.

2.5 Comparația forței arhimediene care acționează asupra unui corp în lichide de diferite densități

Să facem un experiment: să luăm două lichide, diferite ca densitate: șampon și apă proaspătă și o bucată de plastilină. Determinați forța de plutire care acționează asupra plastilineidin fiecare dintre lichide. Vom vedea că forța arhimediană s-a dovedit a fi diferită: pentru un lichid cu o densitate mai mare (șampon), este mai mare decât pentru un lichid cu o densitate mai mică (apă dulce).

Textul lucrării este plasat fără imagini și formule.
Versiunea completă a lucrării este disponibilă în fila „Fișiere de locuri de muncă” în format PDF

Introducere

Relevanţă: Dacă te uiți îndeaproape la lumea din jurul tău, poți descoperi multe evenimente care au loc în jur. Din cele mai vechi timpuri, omul a fost înconjurat de apă. Când înotăm în el, corpul nostru împinge unele forțe la suprafață. Îmi pun de multă vreme întrebarea: „De ce plutesc sau se scufundă corpurile? Apa împinge lucrurile afară?

Lucrarea mea de cercetare are ca scop aprofundarea cunoștințelor acumulate în lecția despre forța arhimediană. Răspunsurile la întrebările mele, folosind experiența de viață, observațiile realității înconjurătoare, conduc propriile experimente și explic rezultatele acestora, ceea ce va extinde cunoștințele pe această temă. Toate științele sunt interconectate. Iar obiectul comun de studiu al tuturor științelor este omul „plus” natura. Sunt sigur că studiul acțiunii forței arhimedice este actual astăzi.

Ipoteză: Presupun că acasă este posibil să se calculeze mărimea forței de plutire care acționează asupra unui corp scufundat într-un lichid și să se determine dacă depinde de proprietățile lichidului, volumul și forma corpului.

Obiectul de studiu: Flotabilitatea în lichide.

Sarcini:

Să studieze istoria descoperirii forței arhimedeene;

Să studieze literatura educațională despre acțiunea forței arhimedeene;

Dezvoltarea abilităților de realizare a unui experiment independent;

Demonstrați că valoarea forței de plutire depinde de densitatea lichidului.

Metode de cercetare:

Cercetare;

estimat;

Găsirea informațiilor;

Observatii

1. Descoperirea puterii lui Arhimede

Există o legendă faimoasă despre cum Arhimede a alergat pe stradă și a strigat „Eureka!” Aceasta spune doar despre descoperirea sa că forța de plutire a apei este egală în valoare absolută cu greutatea apei deplasate de ea, al cărei volum este egal cu volumul corpului scufundat în ea. Această descoperire se numește legea lui Arhimede.

În secolul al III-lea î.Hr., Hieron a trăit - regele vechiului oraș grecesc Siracuza și a vrut să-și facă el însuși o nouă coroană de aur pur. A măsurat-o cu strictețe după cum era necesar și i-a dat bijutierului o comandă. O lună mai târziu, maestrul a returnat aurul sub formă de coroană și a cântărit cât masa acestui aur. Dar, la urma urmei, orice se poate întâmpla și maestrul ar putea înșela adăugând argint sau chiar mai rău - cupru, pentru că nu poți spune cu ochii, iar masa este așa cum ar trebui să fie. Și regele vrea să știe: munca este făcută cinstit? Și apoi, l-a rugat pe omul de știință Arhimede să verifice dacă maestrul și-a făcut coroana din aur pur. După cum știți, masa unui corp este egală cu produsul dintre densitatea substanței din care este făcut corpul și volumul acestuia:. Dacă corpuri diferite au aceeași masă, dar sunt formate din substanțe diferite, atunci vor avea volume diferite. Dacă maestrul ar fi returnat regelui nu o coroană din bijuterii, al cărei volum nu poate fi determinat din cauza complexității sale, ci o bucată de metal de aceeași formă pe care i-o dăduse regele, atunci ar fi imediat clar dacă a amestecat un alt metal acolo sau nu. Și în timp ce făcea baie, Arhimede a observat că din el se revărsa apă. Bănuia că s-a revărsat exact în volumul pe care îl ocupă părțile corpului său scufundate în apă. Și Arhimede și-a dat seama că volumul coroanei poate fi determinat de volumul de apă deplasat de aceasta. Ei bine, dacă puteți măsura volumul coroanei, atunci acesta poate fi comparat cu volumul unei piese de aur, egală în masă. Arhimede a scufundat coroana în apă și a măsurat modul în care a crescut volumul apei. De asemenea, a scufundat în apă o bucată de aur, a cărei masă era aceeași cu cea a coroanei. Și apoi a măsurat cum a crescut volumul de apă. Volumele de apă deplasate în cele două cazuri au fost diferite. Astfel, maestrul a fost condamnat pentru înșelăciune, iar știința s-a îmbogățit printr-o descoperire remarcabilă.

Din istorie se știe că problema coroanei de aur l-a determinat pe Arhimede să studieze problema plutirii corpurilor. Experimentele efectuate de Arhimede au fost descrise în eseul „Despre corpurile plutitoare”, care a ajuns până la noi. A șaptea propoziție (teoremă) a acestei lucrări a fost formulată de Arhimede astfel: corpurile mai grele decât un lichid, scufundate în acest lichid, se vor scufunda până vor ajunge chiar la fund, iar în lichid vor deveni mai ușoare cu greutatea lichidului. într-un volum egal cu volumul corpului scufundat.

Interesant este că forța lui Arhimede este nulă atunci când un corp scufundat într-un lichid este dens, cu întreaga sa bază presată pe fund.

Descoperirea legii de bază a hidrostaticii este cea mai mare realizare a științei antice.

2. Formularea și explicarea legii lui Arhimede

Legea lui Arhimede descrie acțiunea lichidelor și gazelor asupra unui corp scufundat în ele și este una dintre principalele legi ale hidrostaticii și ale staticii gazelor.

Legea lui Arhimede este formulată astfel: asupra unui corp scufundat într-un lichid (sau gaz) acționează o forță de plutire, egală cu greutatea lichidului (sau gazului) în volumul părții scufundate a corpului - această forță se numește puterea lui Arhimede:

,

unde este densitatea lichidului (gazului), este accelerația căderii libere, este volumul părții imersate a corpului (sau a părții din volum a corpului sub suprafață).

Prin urmare, forța arhimediană depinde doar de densitatea lichidului în care este scufundat corpul și de volumul acestui corp. Dar nu depinde, de exemplu, de densitatea substanței unui corp scufundat într-un lichid, deoarece această cantitate nu este inclusă în formula rezultată.

Trebuie remarcat faptul că corpul trebuie să fie complet înconjurat de lichid (sau să se intersecteze cu suprafața lichidului). Deci, de exemplu, legea lui Arhimede nu poate fi aplicată unui cub care se află pe fundul rezervorului, atingând ermetic fundul.

3. Determinarea puterii lui Arhimede

Forța cu care un corp dintr-un lichid este împins afară de acesta poate fi determinată experimental folosind acest dispozitiv:

Atârnăm o găleată mică și un corp cilindric pe un arc fixat într-un trepied. Marcam întinderea arcului cu o săgeată pe un trepied, arătând greutatea corpului în aer. Ridicând corpul, înlocuim un pahar cu un tub de scurgere sub acesta, umplut cu lichid până la nivelul tubului de scurgere. Apoi, întregul corp este scufundat în lichid. În acest caz, o parte din lichid, al cărui volum este egal cu volumul corpului, este turnată din vasul de turnare într-un pahar. Indicatorul arcului se ridică, arcul se contractă, indicând o scădere a greutății corpului în lichid. În acest caz, împreună cu forța gravitațională, corpul este afectat și de o forță care îl împinge în afara fluidului. Dacă turnați lichid din sticlă în găleată (adică cea care a fost deplasată de corp), atunci indicatorul cu arc se va întoarce în poziția inițială.

Pe baza acestei experiențe, putem concluziona că forța care împinge un corp complet scufundat într-un lichid este egală cu greutatea lichidului în volumul acestui corp. Dependența presiunii dintr-un lichid (gaz) de adâncimea de scufundare a corpului duce la apariția unei forțe de plutire (forța Arhimede) care acționează asupra oricărui corp scufundat într-un lichid sau gaz. Corpul se mișcă în jos sub influența gravitației. Forța arhimediană este întotdeauna îndreptată opus gravitației, astfel încât greutatea unui corp într-un lichid sau gaz este întotdeauna mai mică decât greutatea acestui corp în vid.

Această experiență confirmă că forța arhimediană este egală cu greutatea lichidului în volumul corpului.

4. Starea corpurilor plutitoare

Două forțe acționează asupra unui corp în interiorul unui lichid: gravitația, îndreptată vertical în jos și forța arhimediană, îndreptată vertical în sus. Luați în considerare ce se va întâmpla cu corpul sub acțiunea acestor forțe, dacă la început a fost nemișcat.

În acest caz, sunt posibile trei cazuri:

1) Dacă forța gravitației este mai mare decât forța arhimediană, atunci corpul se scufundă, adică se scufundă:

, apoi corpul se scufundă;

2) Dacă modulul de greutate este egal cu modulul forței arhimedice, atunci corpul poate fi în echilibru în interiorul fluidului la orice adâncime:

, apoi corpul plutește;

3) Dacă forța arhimediană este mai mare decât forța gravitației, atunci corpul se va ridica din lichid - plutește:

, apoi corpul plutește.

Dacă corpul plutitor iese parțial deasupra suprafeței lichidului, atunci volumul părții scufundate a corpului plutitor este astfel încât greutatea lichidului deplasat este egală cu greutatea corpului plutitor.

Forța arhimediană este mai mare decât forța gravitațională dacă densitatea lichidului este mai mare decât densitatea corpului scufundat în lichid, dacă

1) \u003d - corpul plutește într-un lichid sau gaz, 2) >corpul se scufundă 3) < — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Aceste principii ale relației dintre gravitație și forța lui Arhimede sunt folosite în construcțiile navale. Cu toate acestea, uriașele vase fluviale și maritime din oțel, a căror densitate este de aproape 8 ori mai mare decât densitatea apei, se mențin pe apă. Acest lucru se explică prin faptul că doar o cocă relativ subțire a navei este realizată din oțel, iar cea mai mare parte a volumului său este ocupată de aer. În acest caz, valoarea medie a densității navei se dovedește a fi mult mai mică decât densitatea apei; prin urmare, nu numai că nu se scufundă, dar poate lua și o cantitate mare de marfă pentru transport. Navele care plutesc pe râuri, lacuri, mări și oceane sunt construite din materiale diferite cu densități diferite. Coca navelor este de obicei realizată din tablă de oțel. Toate elementele de fixare interne care conferă rezistență navelor sunt, de asemenea, realizate din metale. Pentru constructia navelor se folosesc materiale diferite, avand atat densitate mai mare cat si mai mica fata de apa. Greutatea apei deplasată de partea subacvatică a navei este egală cu greutatea navei cu marfă în aer sau cu forța gravitațională care acționează asupra navei cu marfă.

Pentru aeronautică s-au folosit mai întâi baloane, care anterior erau umplute cu aer încălzit, acum cu hidrogen sau heliu. Pentru ca mingea să se ridice în aer, este necesar ca forța arhimediană (de plutire) care acționează asupra mingii să fie mai mare decât forța gravitației.

5. Realizarea unui experiment

Investigați comportamentul unui ou crud în lichide de diferite tipuri.

Sarcină: demonstrați că valoarea forței de plutire depinde de densitatea lichidului.

Am luat un ou crud și lichide de diferite feluri (Anexa 1):

Apa este curată;

apă saturată cu sare;

Ulei de floarea soarelui.

Mai întâi, am coborât oul crud în apă curată - oul s-a înecat - "a mers în fund" (Anexa 2). Apoi am adăugat o lingură de sare de masă într-un pahar cu apă curată, ca urmare, oul plutește (Anexa 3). Și în cele din urmă, am coborât oul într-un pahar cu ulei de floarea soarelui - oul s-a scufundat în fund (Anexa 4).

Concluzie: în primul caz, densitatea oului este mai mare decât densitatea apei și, prin urmare, oul s-a scufundat. În al doilea caz, densitatea apei sărate este mai mare decât densitatea oului, astfel încât oul plutește în lichid. În al treilea caz, densitatea oului este, de asemenea, mai mare decât densitatea uleiului de floarea soarelui, așa că oul s-a scufundat. Prin urmare, cu cât densitatea lichidului este mai mare, cu atât forța gravitațională este mai mică.

2. Acţiunea forţei arhimedice asupra corpului uman în apă.

Determinați prin experiență densitatea corpului uman, comparați-o cu densitatea apei dulci și de mare și trageți o concluzie despre posibilitatea fundamentală a unei persoane de a înota;

Calculați greutatea unei persoane în aer, forța arhimediană acționând asupra unei persoane în apă.

În primul rând, am folosit un cântar pentru a-mi măsura greutatea corporală. Apoi a măsurat volumul corpului (fără volumul capului). Pentru a face acest lucru, am turnat suficientă apă în baie, astfel încât atunci când am fost scufundat în apă, să fiu complet în apă (cu excepția capului). Apoi, cu ajutorul unei benzi de centimetru, am marcat de la marginea superioară a băii distanța până la nivelul apei ℓ 1, iar apoi - când am fost scufundat în apă ℓ 2. După aceea, folosind un borcan de trei litri precalibrat, am început să turnăm apă în baie de la nivelul ℓ 1 la nivelul ℓ 2 - așa că am măsurat volumul de apă deplasat de mine (Anexa 5). Am calculat densitatea folosind formula:

Forța gravitației care acționează asupra unui corp în aer a fost calculată prin formula: , unde este accelerația de cădere liberă ≈ 10 . Valoarea forței de flotabilitate a fost calculată folosind formula descrisă la paragraful 2.

Concluzie: Corpul uman este mai dens decât apa dulce, ceea ce înseamnă că se scufundă în ea. Este mai ușor pentru o persoană să înoate în mare decât într-un râu, deoarece densitatea apei de mare este mai mare și, prin urmare, valoarea forței de flotabilitate este mai mare.

Concluzie

În procesul de lucru pe această temă, am învățat o mulțime de lucruri noi și interesante pentru noi înșine. Cercul cunoștințelor noastre a crescut nu numai în domeniul de acțiune al forței lui Arhimede, ci și în aplicarea acesteia în viață. Înainte de a începe lucrul, am avut o idee departe de a fi detaliată. În timpul experimentelor, am confirmat experimental validitatea legii lui Arhimede și am aflat că forța de plutire depinde de volumul corpului și de densitatea lichidului, cu cât densitatea lichidului este mai mare, cu atât forța arhimedeană este mai mare. Forța rezultată, care determină comportamentul unui corp într-un fluid, depinde de masa, volumul corpului și densitatea fluidului.

Pe lângă experimentele efectuate, a fost studiată literatură suplimentară despre descoperirea forței lui Arhimede, despre navigația corpurilor și aeronautică.

Fiecare dintre voi poate face descoperiri uimitoare și pentru aceasta nu este nevoie să aveți cunoștințe speciale sau echipamente puternice. Trebuie doar să aruncați o privire mai atentă asupra lumii din jurul nostru, să fiți puțin mai independent în judecățile voastre, iar descoperirile nu vă vor face să așteptați. Nedorința majorității oamenilor de a învăța despre lumea din jurul lor lasă mult spațiu pentru iscoditori în cele mai neașteptate locuri.

Bibliografie

1. Cartea mare de experimente pentru școlari - M.: Rosmen, 2009. - 264 p.

2. Wikipedia: https://ru.wikipedia.org/wiki/Law_Arhimedes.

3. Perelman Ya.I. Fizica distractivă. - cartea 1. - Ekaterinburg .: Teză, 1994.

4. Perelman Ya.I. Fizica distractivă. - cartea 2. - Ekaterinburg .: Teză, 1994.

5. Peryshkin A.V. Fizica: nota 7: un manual pentru institutii de invatamant / A.V. Peryshkin. - Ed. a XVI-a, stereotip. - M.: Butarda, 2013. - 192 p.: ill.

Atasamentul 1

Anexa 2

Anexa 3

Anexa 4

EXPERIENȚE pe tema „Forța arhimediană”

Știința este minunată, interesantă și distractivă. Dar este greu să crezi în miracole din cuvinte, trebuie să le atingi cu propriile mâini. Există o experiență - distractivă!
Și dacă ești atent
Mintea independentă
Și cu fizica pe „tu”
Această experiență este distractivă -
Vesel, emoționant -
Îți va dezvălui secrete
Și vise noi!

1) Apa vie și moartă

Pune pe masă un borcan de sticlă de litru umplut 2/3 cu apă, și două pahare cu lichide: unul cu inscripția „apă vie”, celălalt cu inscripția „moartă”. Înmuiați un tubercul de cartofi (sau un ou crud) într-un borcan. Se îneacă. Adăugați apă „vie” în borcan - tuberculul va pluti, adăugați apă „moartă” - se va scufunda din nou. Adăugând unul sau altul lichid, puteți obține o soluție în care tuberculul nu va pluti la suprafață, dar nu va merge nici pe fund.
Secretul experimentului este că în primul pahar există o soluție saturată de sare de masă, în al doilea - apă obișnuită. (Sfat: înainte de demonstrație, este mai bine să curățați cartofii și să turnați o soluție slabă de sare în borcan, astfel încât chiar și o ușoară creștere a concentrației lor să producă un efect).

2) Scafandru cu pipetă cartuşiană

Umpleți pipeta cu apă, astfel încât să plutească vertical, aproape complet scufundată în apă. Înmuiați pipeta scafandrului într-o sticlă transparentă de plastic umplută până la refuz cu apă. Închideți bine sticla cu un capac. Când apăsați pe pereții vasului, scafandrul va începe să se umple cu apă. Schimbând presiunea, determinați-l pe scafandru să vă urmeze comenzile: „Jos!”, „Sus!” și „Stop!” (oprire la orice adâncime).

3) Cartofi imprevizibili

(Experimentul se poate face cu un ou). Înmuiați tuberculul de cartofi într-un vas de sticlă umplut pe jumătate cu o soluție apoasă de sare de masă. El plutește la suprafață.
Ce se întâmplă cu cartofii dacă adăugați apă într-un vas? Răspunsul obișnuit este că cartofii vor pluti. Se toarnă apă cu grijă (densitatea acesteia este mai mică decât densitatea soluției și a ouălor) prin pâlnie de-a lungul peretelui vasului până când se umple. Cartofii, spre surprinderea publicului, rămân la același nivel.

4) Învârtirea piersicii

Se toarnă într-un pahar cu apă spumante. Dioxidul de carbon dizolvat în lichid sub presiune va începe să iasă din acesta. Pune o piersică într-un pahar. Va pluti imediat la suprafață și... începe să se rotească ca o roată. Se va comporta astfel destul de mult timp.

Pentru a înțelege motivul acestei rotații, aruncați o privire mai atentă la ceea ce se întâmplă. Atenție la coaja catifelată a fructului, la firele de păr din care se vor lipi bule de gaz. Deoarece vor fi întotdeauna mai multe bule pe jumătate de piersică, o forță de plutire mare acționează asupra ei și apare.

5) Forța lui Arhimede în materia în vrac

La spectacolul Moștenirea lui Arhimede, locuitorii din Siracuza s-au întrecut pentru „a obține o perlă de pe fundul mării”. O demonstrație similară, dar mai simplă, poate fi repetată folosind un borcan mic de sticlă de mei (orez). Puneți o minge de tenis (sau dop de plută) în ea și închideți capacul. Întoarce borcanul astfel încât bila să fie în partea inferioară sub mei. Dacă creați o ușoară vibrație (agitați ușor borcanul în sus și în jos), atunci forța de frecare dintre boabele de mei va scădea, acestea vor deveni mobile și mingea va pluti la suprafață sub acțiunea forței lui Arhimede după un timp. .

6) Pachetul a zburat fără aripi

Pune o lumânare, aprinde-o, ține o pungă peste ea, aerul din pungă se va încălzi,

După eliberarea pachetului, vedeți cum va zbura pachetul sub acțiunea forței Arhimede.

7) Diferiți înotători înoată diferit

Turnați apă și ulei într-un vas. Coborâți piulița, dopul și bucățile de gheață. Nuca va fi la fund, dopul va fi pe suprafața uleiului, gheața va fi la suprafața apei sub un strat de ulei.

Acest lucru se datorează condițiilor corpului de înot:

forța lui Arhimede este mai mare decât gravitația plută - pluta plutește la suprafață,

forța lui Arhimede este mai mică decât forța gravitațională care acționează asupra piuliței - nuca se scufundă

forța lui Arhimede care acționează asupra unei bucăți de gheață este mai mare decât gravitația gheții - pluta plutește la suprafața apei, dar deoarece densitatea uleiului este mai mică decât densitatea apei și mai mică decât densitatea gheții - uleiul va ramane la suprafata deasupra ghetii si a apei

8) Experiență de confirmare a legii

Agățați găleata și cilindrul de arc. Volumul cilindrului este egal cu volumul interior al găleții. Extensia arcului este marcată cu un indicator. Scufundați întregul cilindru într-un vas de turnare umplut cu apă. Se toarnă apă într-un pahar.

Volumul apei vărsate estedesprevolumul unui corp scufundat în apă. Indicatorul cu arc marchează reducerea greutății cilindrului în apă cauzată de acțiuneînforță de plutire.

Turnați apă din pahar în găleată și veți vedea că indicatorul cu arc revine în poziția inițială. Deci, sub acțiunea forței arhimedice, izvorul s-a contractat, iar sub influența greutății apei deplasate, a revenit în poziția inițială. Forța arhimediană este egală cu greutatea fluidului deplasat de corp.

9) Echilibrul pierdut

Faceți un cilindru de hârtie, atârnați-l cu capul în jos pe o pârghie și echilibrați.

Să aducem lampa cu spirit sub cilindru. Sub acțiunea căldurii, echilibrul este perturbat, vasul se ridică. Pe măsură ce puterea lui Arhimede crește.

Astfel decarcasele umplute cu gaz cald sau cu aer cald se numesc baloane si sunt folosite pentru aeronautica.

CONCLUZIE

După ce am făcut experimente, am fost convinși că corpurile scufundate în lichide, gaze și chiar substanțe în vrac sunt afectate de forța lui Arhimede îndreptată vertical în sus. Forța arhimediană nu depinde de forma corpului, de adâncimea scufundării acestuia, de densitatea corpului și de masa acestuia. Forța lui Arhimede este egală cu greutatea lichidului în volumul părții scufundate a corpului.