Voda vytláča telo von. Archimedov zákon: história objavov a podstata fenoménu pre figuríny
Na teleso ponorené do kvapaliny alebo plynu pôsobí vztlaková sila rovnajúca sa hmotnosti kvapaliny alebo plynu vytlačenej týmto telesom.
V integrálnej forme
Archimedova sila vždy smeruje opačne ako gravitačná sila, preto je hmotnosť telesa v kvapaline alebo plyne vždy menšia ako hmotnosť tohto telesa vo vákuu.
Ak teleso pláva na hladine alebo sa pohybuje rovnomerne nahor alebo nadol, potom vztlaková sila (nazývaná aj Archimedova sila) je veľkosťou (a opačným smerom) rovná sile gravitácie pôsobiacej na objem kvapaliny (plynu) vytlačenej telesom a pôsobí na ťažisko tohto objemu.
Čo sa týka telies, ktoré sú v plyne, napríklad vo vzduchu, aby ste našli zdvíhaciu silu (Archimedovu silu), musíte nahradiť hustotu kvapaliny hustotou plynu. Napríklad héliový balón letí nahor, pretože hustota hélia je menšia ako hustota vzduchu.
Pri absencii gravitačného poľa (Gravity), teda v stave beztiaže, Archimedov zákon nefunguje. Astronauti tento jav dobre poznajú. Najmä pri nulovej gravitácii nedochádza k žiadnemu javu konvekcie (prirodzený pohyb vzduchu v priestore), preto sa napríklad chladenie vzduchom a vetranie obytných priestorov kozmickej lode vykonáva násilne ventilátormi.
Vo vzorci sme použili:
Archimedova sila
Hustota kvapaliny
Zdalo by sa, že nie je nič jednoduchšie ako Archimedov zákon. Kedysi si však nad svojím objavom poriadne lámal hlavu aj samotný Archimedes. Ako to bolo?
S objavom základného zákona hydrostatiky je spojený zaujímavý príbeh.
Zaujímavé fakty a legendy zo života a smrti Archimeda
Okrem takého obrovského prielomu, akým je objav samotného Archimedovho zákona, má vedec celý zoznam zásluh a úspechov. Vo všeobecnosti to bol génius, ktorý pracoval v oblasti mechaniky, astronómie a matematiky. Napísal také diela ako pojednanie „o plávajúcich telách“, „o guli a valci“, „o špirálach“, „o konoidoch a sféroidoch“ a dokonca „o zrnkách piesku“. Najnovšia práca sa pokúsila zmerať počet zŕn piesku potrebných na vyplnenie vesmíru.
Úloha Archimeda pri obliehaní Syrakúz
V roku 212 pred Kristom obliehali Syrakúzy Rimania. 75-ročný Archimedes navrhol výkonné katapulty a ľahké vrhacie stroje na krátku vzdialenosť, ako aj takzvané „Archimedove pazúry“. S ich pomocou bolo možné doslova prevrátiť nepriateľské lode. Tvárou v tvár takému silnému a technologickému odporu nedokázali Rimania dobyť mesto búrkou a boli nútení začať s obliehaním. Podľa inej legendy sa Archimedesovi pomocou zrkadiel podarilo zapáliť rímsku flotilu a sústrediť slnečné lúče na lode. Pravdivosť tejto legendy sa zdá byť pochybná, pretože Nikto z vtedajších historikov to nespomenul.
Smrť Archimeda
Podľa mnohých svedectiev bol Archimedes zabitý Rimanmi, keď napokon obsadili Syrakúzy. Tu je jedna z možných verzií smrti veľkého inžiniera.
Vedec na verande svojho domu premýšľal o diagramoch, ktoré nakreslil rukou priamo do piesku. Okoloidúci vojak stúpil na kresbu a Archimedes hlboko zamyslený zakričal: „Choď preč od mojich kresieb. V reakcii na to vojak, ktorý sa niekam ponáhľal, jednoducho prebodol starého muža mečom.
No a teraz k tomu bolestivému bodu: k zákonu a moci Archimeda...
Ako bol objavený Archimedov zákon a pôvod slávneho "Heuréka!"
Starovekosť. Tretie storočie pred Kristom. Sicília, kde ešte stále nie je mafia, ale sú tam starí Gréci.
Vynálezca, inžinier a teoretický vedec zo Syrakúz (grécka kolónia na Sicílii), Archimedes slúžil za kráľa Hiera II. Jedného dňa klenotníci vyrobili zlatú korunu pre kráľa. Kráľ, keďže bol podozrivý, zavolal vedca na svoje miesto a nariadil mu, aby zistil, či koruna obsahuje nečistoty striebra. Tu treba povedať, že v tom čase nikto takéto otázky neriešil a prípad bol bezprecedentný.
Archimedes dlho premýšľal, na nič neprišiel a jedného dňa sa rozhodol ísť do kúpeľov. Tam, keď si sedel v nádrži s vodou, našiel vedec riešenie problému. Archimedes upozornil na úplne zrejmú vec: telo ponorené do vody vytlačí objem vody, ktorý sa rovná vlastnému objemu tela. Vtedy Archimedes bez toho, aby sa obliekol, vyskočil z kúpeľov a zakričal svoje slávne „Eureka“, čo znamená „nájdený“. Archimedes sa zjavil pred kráľom a požiadal ho, aby mu dal strieborné a zlaté ingoty, ktoré sa rovnali váhe koruny. Meraním a porovnaním objemu vody vytiahnutej korunou a ingotmi Archimedes zistil, že koruna nie je vyrobená z čistého zlata, ale obsahuje prímesi striebra. Toto je príbeh o objavení Archimedovho zákona.
Podstata Archimedovho zákona
Ak sa pýtate, ako rozumiete Archimedovmu princípu, odpovieme. Len si sadnite, popremýšľajte a pochopenie príde. V skutočnosti tento zákon hovorí:
Na teleso ponorené do plynu alebo kvapaliny pôsobí vztlaková sila rovnajúca sa hmotnosti kvapaliny (plynu) v objeme ponorenej časti telesa. Táto sila sa nazýva Archimedova sila.
Ako vidíme, Archimedova sila pôsobí nielen na telesá ponorené do vody, ale aj na telesá v atmosfére. Sila, vďaka ktorej sa balón zdvihne, je rovnaká Archimedesova sila. Archimedova sila sa vypočíta podľa vzorca:
Tu je prvým pojmom hustota kvapaliny (plynu), druhým je gravitačné zrýchlenie, tretím je objem telesa. Ak sa gravitačná sila rovná Archimedovej sile, teleso sa vznáša, ak je väčšia, potápa sa a ak je menšia, vznáša sa, kým sa nezačne vznášať.
V tomto článku sme sa pozreli na Archimedov zákon pre figuríny. Ak sa chcete dozvedieť, ako riešiť problémy, kde sa nachádza Archimedov zákon, kontaktujte nás. Najlepší autori sa radi podelia o svoje poznatky a rozložia riešenie najťažšieho problému „na regáloch“.
Na telese, ______ do kvapaliny alebo plynu ____________ vertikálna __________________ sila rovnajúca sa ____________ kvapaline alebo plynu v _________ telese (alebo jeho ponorenej časti). Sila pôsobí v mieste dotyku predmetu s podperou. Téma: „Vznášajúca sa sila. Archimedov zákon." Sila je označená ako, meraná v Newtonoch. Telesná hmotnosť sa nemusí rovnať gravitácii. Druhy síl. Vyrovnané sily a výsledné.
Kalkulačka bola napísaná na základe požiadavky používateľa, ktorá znela: „výpočet hmotnosti valca v kvapaline“. Časť objemu, ktorá zostane pod vodou, bude určená pomerom hustoty - ak je hustota telesa polovičná oproti hustote kvapaliny, ponorí sa iba polovica objemu.
Teraz s hmotnosťou - hmotnosť sa zníži o množstvo Archimedovej sily. Pri absencii gravitačného poľa, teda v stave beztiaže, Archimedov zákon nefunguje. Tu je Archimedova sila, je hustota tekutiny, je gravitačné zrýchlenie (m/s), je objem vytlačenej tekutiny. Jednotkou sily je N (newton). Tlak uvedený na obrázku je spôsobený väčšou hĺbkou Pre vznik Archimedovej sily stačí, aby bolo teleso aspoň čiastočne ponorené do kvapaliny.
Archimedov zákon prvýkrát spomenul vo svojom pojednaní „O plávajúcich telesách“. V dôsledku toho telo fagaka veľmi napučí a v súlade s Archimedovým zákonom rýchlo vypláva na hladinu nádrže. Potom ho gravitácia spustí na dno nádrže, kde sa uchýli medzi spodné riasy. Určte hmotnosť telesa vo vzduchu a kvapaline. Hustotu telesa vypočítajte dvoma spôsobmi (1. metóda - hmotnosťou a objemom, 2. - Archimedovou silou).
Fyzika 7. ročník, téma 03. Sily okolo nás (13+2 hod.) Sila a dynamometer. Učebnica vo farebnej tlači v tvrdej väzbe v rozsahu 150 strán vyšla v júli 2015 vo štvrtom vydaní. Je potrebné poznať miesto pôsobenia a smer každej sily. Dôležité je vedieť určiť, ktoré sily pôsobia na teleso a akým smerom. Nižšie sú uvedené hlavné sily pôsobiace v prírode. Pri riešení problémov je nemožné vymyslieť sily, ktoré neexistujú!
Spomínajú sa aj ďalšie sily, o ktorých bude reč v ďalších častiach. Zoznámime sa so silou trenia. Táto sila vzniká pri pohybe telies a pri kontakte dvoch povrchov. Sila vzniká, pretože povrchy pri pohľade pod mikroskopom nie sú také hladké, ako sa zdajú.
Táto sila vzniká v dôsledku deformácie (zmeny počiatočného stavu látky). Vo všetkých týchto príkladoch vzniká sila, ktorá zabraňuje deformácii - elastická sila. Elastická sila smeruje opačne k deformácii. Telesná hmotnosť je sila, ktorou predmet pôsobí na podperu. Hovoríte si, toto je sila gravitácie! Gravitácia je sila, ktorá vzniká v dôsledku interakcie so Zemou.
Reakčná sila podpery alebo elastická sila vzniká v reakcii na náraz predmetu na zavesenie alebo podperu, preto je hmotnosť tela vždy číselne rovnaká ako elastická sila, ale má opačný smer. Sila reakcie podpory a hmotnosť sú sily rovnakej povahy; podľa 3. Newtonovho zákona sú rovnaké a majú opačný smer.
Na správne označenie síl je potrebné uviesť všetky telesá, s ktorými skúmané teleso interaguje. Určte druh sily a správne uveďte smer. Pozor! Množstvo síl sa bude zhodovať s počtom telies, s ktorými dochádza k interakcii.
Čo potrebujete vedieť o sile
Ide o tlakovú silu tekutiny pôsobiacu na povrch telesa v určitej hĺbke. V tomto prípade možno vzorec zapísať takto: FA = ρghS. Zdôrazňujúc teda, že hovoríme o sile Archimeda. Toto je Archimedov zákon. Na toto teleso pôsobí aj gravitačná sila, ktorá sa rovná Fg = mg alebo Fg = pvg. Ak je však objekt ponorený do kvapaliny, Archimedova sila začne kompenzovať túto gravitačnú silu.
Archimedes... Kto je tento muž, ktorý zanechal jasnú stopu vo vede? (Na obrazovke je portrét Archimeda. Archimedes strávil posledné roky svojho života v Syrakúzach. A vedec, ktorý nešetril námahou, zorganizoval inžiniersku obranu. Nevstupuj do mojich kruhov!“ zvolal Archimedes. Po Archimedesovi, zostalo veľa práce.
Dnes sa musíme s týmto problémom oboznámiť, overiť existenciu vztlakovej sily, zistiť príčiny jej vzniku a odvodiť pravidlá jej výpočtu. učiteľ. Je to tak, sila vytlačila loptu z vody. Rovnaká sila vytláča telo vášho priateľa z vody, keď sa učí plávať, tak ako to nazveme?
Elektrické sily
Teraz premýšľajte o tom, ako zistiť veľkosť tejto sily? Čo mám urobiť? Sme teda presvedčení, že vztlaková sila pôsobí na všetky telesá ponorené do kvapaliny: na tie, ktoré klesajú, aj na tie, ktoré plávajú (foto ilustrácie sú zobrazené na obrazovke). Ako hovoria aeronauti, sú dvíhané a udržiavané vo vzduchu darom prírody - silou Archimeda. učiteľ. Je to tak, preto sily, ktorými kvapalina pôsobí na bočné plochy bloku, sú rovnaké. Sú nasmerované k sebe a stláčajú blok.
Takže pod vplyvom Archimedovskej sily sa prameň stiahol a pod vplyvom hmotnosti vytlačenej vody sa vrátil do svojej pôvodnej polohy. učiteľ. Pozreli sme sa na tretí spôsob, ako nájsť Archimedovskú silu. Ak chcete nájsť Archimedovu silu pôsobiacu na teleso, musíte určiť hmotnosť kvapaliny, ktorú toto teleso vytlačí.
Pozemná reakčná sila
Po dokončení úlohy 4). Teraz sa pozrime bližšie na tento výkres a zistíme, na čom nezávisí Archimedesova sila. Učiteľ (po dokončení úlohy 5). Do vody sa ponoril prvák a jedenásty ročník. Kto zažije najväčšiu vztlakovú silu? prečo? Jeden z nich hovorí: „Voda aj zem sú tu prekliate Bohom.
Napriek legendám je však kúpanie v tomto mori veľmi zábavné a vzrušujúce. Čo sa stane so vztlakovou silou pôsobiacou na ryby, keď sa objem plávacieho mechúra zníži?
Vo vzduchu zanedbávame silu Archimeda. Veľkosť Archimedovej sily určuje Archimedov zákon. Archimedova sila je približne 392 newtonov. A vo svojom živote sa budete musieť stretnúť so silou Archimedes viac ako raz. Sila je vektorová veličina. Úloha 8. Ako dobre poznáš silu Archimeda? A ak je teleso ponorené do plynu, bude naň v tomto prípade pôsobiť Archimedova sila?
Vztlakovú silu alebo Archimedovu silu možno vypočítať. To je obzvlášť jednoduché pre telo, ktorého strany sú obdĺžniky (obdĺžnikový rovnobežnosten). Napríklad blok má tento tvar.
Keďže bočné sily tlaku kvapaliny možno ignorovať, keďže sa navzájom rušia (ich výslednica je nulová), potom sa berú do úvahy iba tlakové sily vody pôsobiace na spodnú a hornú plochu. Ak teleso nie je úplne ponorené vo vode, tak zospodu pôsobí iba tlaková sila vody. Je to jediný, ktorý vytvára vztlakovú silu.
Tlak kvapaliny v hĺbke h je určený vzorcom:
Tlaková sila je určená vzorcom:
Nahradením tlaku v druhom vzorci rovnakou pravou stranou z prvého vzorca dostaneme:
Ide o tlakovú silu tekutiny pôsobiacu na povrch telesa v určitej hĺbke. Ak teleso pláva na hladine, potom táto sila bude vztlakovou silou (Archimedesova sila). h tu je určené výškou podvodnej časti tela. V tomto prípade môže byť vzorec napísaný takto: F A = ρghS. Zdôrazňujúc teda, že hovoríme o sile Archimeda.
Súčin výšky (h) časti obdĺžnikového bloku ponoreného do vody a plochy jeho základne (S) je objem (V) ponorenej časti tohto telesa. Ak chcete nájsť objem rovnobežnostena, musíte vynásobiť jeho šírku (a), dĺžku (b) a výšku (h). Súčin šírky a dĺžky je plocha základne (S). Preto vo vzorci môžeme nahradiť súčin hS za V:
Teraz venujme pozornosť skutočnosti, že ρ je hustota kvapaliny a V je objem ponoreného telesa (alebo časti telesa). Ale teleso ponorené do kvapaliny z neho vytlačí objem kvapaliny, ktorý sa rovná ponorenému telesu. To znamená, že ak je teleso s objemom 10 cm 3 ponorené do vody, vytlačí 10 cm 3 vody. Samozrejme, tento objem vody s najväčšou pravdepodobnosťou nevyskočí z nádoby a nahradí ho objem tela. Hladina vody v nádobe jednoducho stúpne o 10 cm 3 .
Preto vo vzorci F A = ρgV nemôžeme znamenať objem ponoreného telesa, ale objem vody vytlačený telesom.
Pripomeňme, že súčin hustoty (ρ) a objemu (V) je hmotnosť telesa (m):
V tomto prípade môže byť vzorec definujúci vztlakovú silu napísaný takto:
Ale súčinom hmotnosti telesa (m) gravitačným zrýchlením (g) je hmotnosť (P) tohto telesa. Potom dostaneme nasledujúcu rovnosť:
teda Archimedova sila (alebo vztlaková sila) sa modulom (číselnou hodnotou) rovná hmotnosti kvapaliny v objeme, ktorý sa rovná objemu telesa (alebo jeho ponorenej časti), ktoré je do nej ponorené.. Tak to je Archimedov zákon.
Ak je teleso vo forme tyče úplne ponorené do vody, potom je jeho vztlaková sila určená rozdielom medzi silou tlaku vody zhora a tlakovou silou zdola. Sila zhora tlačí na teleso rovná
F top = ρgh top S,
F dno = ρgh dno S,
Potom môžeme písať
F A = ρgh dole S – ρgh hore S = ρgS(h dole - h hore)
h top je vzdialenosť od okraja vody k hornému povrchu tela a h bottom je vzdialenosť od okraja vody k spodnému povrchu tela. Ich rozdielom je výška tela. teda
F A = ρghS, kde h je výška tela.
Výsledok je rovnaký ako pri čiastočne ponorenom telese, aj keď h je výška časti telesa, ktorá je pod vodou. V tomto prípade už bolo dokázané, že F A = P. To isté platí aj tu: vztlaková sila pôsobiaca na teleso sa rovná hmotnosti ním vytlačenej tekutiny, ktorá je objemovo rovnaká ako ponorená telo.
Upozorňujeme, že hmotnosť telesa a hmotnosť kvapaliny rovnakého objemu sa najčastejšie líšia, pretože teleso a kvapalina majú najčastejšie rôzne hustoty. Nedá sa teda povedať, že vztlaková sila sa rovná hmotnosti telesa. Rovná sa hmotnosti kvapaliny s objemom rovným telesu. Navyše modul hmotnosti, pretože vztlaková sila smeruje nahor a hmotnosť nadol.
Text práce je uverejnený bez obrázkov a vzorcov.
Plná verzia diela je dostupná v záložke „Pracovné súbory“ vo formáte PDF
Úvod
Relevantnosť: Ak sa pozorne pozriete na svet okolo seba, môžete objaviť množstvo udalostí, ktoré sa okolo vás dejú. Od staroveku bol človek obklopený vodou. Keď v ňom plávame, naše telo vytláča nejaké sily na hladinu. Už dlho som si kládol otázku: „Prečo telá plávajú alebo klesajú? Vytláča voda veci von?
Moja výskumná práca je zameraná na prehĺbenie vedomostí získaných v triede o Archimedovskej sile. Odpovedzte na otázky, ktoré ma zaujímajú, pomocou životných skúseností, pozorovaní okolitej reality, vykonajte vlastné experimenty a vysvetlite ich výsledky, ktoré rozšíria moje vedomosti o tejto téme. Všetky vedy sú navzájom prepojené. A spoločným predmetom štúdia všetkých vied je človek „plus“ príroda. Som si istý, že štúdium pôsobenia Archimedovskej sily je dnes relevantné.
hypotéza: Predpokladám, že si doma viete vypočítať veľkosť vztlakovej sily pôsobiacej na teleso ponorené do kvapaliny a určiť, či závisí od vlastností kvapaliny, objemu a tvaru telesa.
Predmet štúdia: Vztlaková sila v kvapalinách.
Úlohy:
Preštudujte si históriu objavu Archimedovskej sily;
Preštudujte si vzdelávaciu literatúru o pôsobení Archimedovskej sily;
Rozvíjať zručnosti pri vykonávaní nezávislých experimentov;
Dokážte, že hodnota vztlakovej sily závisí od hustoty kvapaliny.
Výskumné metódy:
Výskum;
Vypočítané;
vyhľadávanie informácií;
Pozorovania
1. Objav sily Archimeda
Existuje slávna legenda o tom, ako Archimedes bežal po ulici a kričal "Heuréka!" To len rozpráva príbeh o jeho objave, že vztlaková sila vody sa čo do veľkosti rovná hmotnosti vody ňou vytlačenej, ktorej objem sa rovná objemu telesa v nej ponoreného. Tento objav sa nazýva Archimedov zákon.
V 3. storočí pred Kristom žil Hiero, kráľ starovekého gréckeho mesta Syrakúzy, a chcel si vyrobiť novú korunu z čistého zlata. Odmeral som to presne podľa potreby a zadal objednávku klenotníkovi. O mesiac neskôr majster zlato vrátil v podobe koruny a vážilo toľko, ako hmotnosť daného zlata. Ale stať sa môže čokoľvek a majster mohol podvádzať pridaním striebra alebo, čo je ešte horšie, medi, pretože rozdiel nepoznáte očami, ale hmotnosť je taká, aká má byť. A kráľ chce vedieť: bola práca vykonaná poctivo? A potom požiadal vedca Archimeda, aby skontroloval, či majster vyrobil svoju korunu z čistého zlata. Ako je známe, hmotnosť telesa sa rovná súčinu hustoty látky, z ktorej je teleso vyrobené, a jeho objemu: . Ak majú rôzne telesá rovnakú hmotnosť, ale sú vyrobené z rôznych látok, potom budú mať rôzne objemy. Ak by pán vrátil kráľovi nie šperkovú korunu, ktorej objem sa pre zložitosť nedá určiť, ale kus kovu rovnakého tvaru, aký mu dal kráľ, bolo by to hneď jasné. či do nej primiešal iný kov alebo nie. A pri kúpaní si Archimedes všimol, že sa z neho valí voda. Mal podozrenie, že sa vylieva presne v rovnakom objeme, aký zaberali časti jeho tela ponorené vo vode. A Archimedesovi došlo, že objem koruny možno určiť podľa objemu vody, ktorú vytlačí. No, ak môžete zmerať objem koruny, potom sa dá porovnať s objemom kúska zlata rovnakej hmotnosti. Archimedes ponoril korunu do vody a meral, ako sa objem vody zväčšuje. Do vody ponoril aj kúsok zlata, ktorého hmotnosť bola rovnaká ako hmotnosť koruny. A potom meral, ako sa zväčšuje objem vody. Objemy vytlačenej vody v oboch prípadoch sa ukázali byť odlišné. Majster bol teda odhalený ako podvodník a veda bola obohatená o pozoruhodný objav.
Z histórie je známe, že problém zlatej koruny podnietil Archimeda, aby študoval otázku vznášania telies. Experimenty, ktoré vykonal Archimedes, boli opísané v eseji „On Floating Bodies“, ktorá sa k nám dostala. Siedmu vetu (vetu) tohto diela sformuloval Archimedes takto: telesá ťažšie ako kvapalina, ponorené v tejto kvapaline, budú klesať, až kým nedosiahnu samé dno, a v kvapaline sa váhou kvapaliny stanú ľahšími. v objeme, ktorý sa rovná objemu ponoreného telesa.
Zaujímavosťou je, že Archimedova sila je nulová, keď je teleso ponorené do kvapaliny pevne pritlačené ku dnu celou svojou základňou.
Objav základného zákona hydrostatiky je najväčším úspechom starovekej vedy.
2. Formulácia a vysvetlenie Archimedovho zákona
Archimedov zákon popisuje pôsobenie kvapalín a plynov na teleso v nich ponorené a je jedným z hlavných zákonov hydrostatiky a plynovej statiky.
Archimedov zákon je formulovaný nasledovne: na teleso ponorené do kvapaliny (alebo plynu) pôsobí vztlaková sila rovnajúca sa hmotnosti kvapaliny (alebo plynu) v objeme ponorenej časti telesa - táto sila je volal mocou Archimeda:
,
kde je hustota kvapaliny (plynu), je gravitačné zrýchlenie, je objem ponorenej časti telesa (alebo časť objemu telesa nachádzajúca sa pod hladinou).
V dôsledku toho Archimedova sila závisí len od hustoty kvapaliny, v ktorej je teleso ponorené, a od objemu tohto telesa. Ale nezávisí to napríklad od hustoty látky telesa ponoreného do kvapaliny, pretože toto množstvo nie je zahrnuté vo výslednom vzorci.
Treba poznamenať, že teleso musí byť úplne obklopené kvapalinou (alebo sa pretínať s povrchom kvapaliny). Takže napríklad Archimedov zákon nemožno použiť na kocku, ktorá leží na dne nádrže a hermeticky sa dotýka dna.
3. Definícia Archimedovej sily
Sila, ktorou je teleso v kvapaline tlačené, sa dá experimentálne určiť pomocou tohto zariadenia:
Malé vedierko a valcové telo zavesíme na pružinu upevnenú na statíve. Natiahnutie pružiny označíme šípkou na statíve, znázorňujúcou váhu tela vo vzduchu. Po zdvihnutí tela umiestnime pod ňu pohár s drenážnou trubicou naplnený kvapalinou po úroveň drenážnej trubice. Potom je telo úplne ponorené do kvapaliny. V tomto prípade sa časť kvapaliny, ktorej objem sa rovná objemu telesa, naleje z odlievacej nádoby do pohára. Pružinový ukazovateľ stúpa a pružina sa sťahuje, čo naznačuje pokles telesnej hmotnosti v kvapaline. V tomto prípade spolu so silou gravitácie na teleso pôsobí aj sila, ktorá ho vytláča z kvapaliny. Ak sa do vedra naleje kvapalina z pohára (t. j. kvapalina, ktorá bola vytlačená telesom), potom sa ukazovateľ pružiny vráti do svojej pôvodnej polohy.
Na základe tohto experimentu môžeme usúdiť, že sila vytláčajúca teleso úplne ponorené v kvapaline sa rovná hmotnosti kvapaliny v objeme tohto telesa. Závislosť tlaku v kvapaline (plyne) na hĺbke ponorenia telesa vedie k vzniku vztlakovej sily (Archimedova sila), ktorá pôsobí na každé teleso ponorené do kvapaliny alebo plynu. Keď sa telo ponorí, pod vplyvom gravitácie sa pohybuje smerom nadol. Archimedova sila smeruje vždy opačne ako gravitačná sila, preto je hmotnosť telesa v kvapaline alebo plyne vždy menšia ako hmotnosť tohto telesa vo vákuu.
Tento experiment potvrdzuje, že Archimedova sila sa rovná hmotnosti kvapaliny v objeme telesa.
4. Stav plávajúcich telies
Na teleso nachádzajúce sa vo vnútri kvapaliny pôsobia dve sily: gravitačná sila smerujúca vertikálne nadol a Archimedova sila smerujúca vertikálne nahor. Uvažujme, čo sa stane s telom pod vplyvom týchto síl, ak by bolo spočiatku nehybné.
V tomto prípade sú možné tri prípady:
1) Ak je gravitačná sila väčšia ako Archimedova sila, teleso klesá, to znamená, že klesá:
, potom sa telo utopí;
2) Ak sa modul gravitácie rovná modulu Archimedovej sily, potom môže byť teleso v rovnováhe vo vnútri kvapaliny v akejkoľvek hĺbke:
, potom telo pláva;
3) Ak je Archimedova sila väčšia ako gravitačná sila, teleso sa zdvihne z kvapaliny - vznáša sa:
, potom sa telo vznáša.
Ak plávajúce teleso čiastočne vyčnieva nad hladinu kvapaliny, potom je objem ponorenej časti plávajúceho telesa taký, že hmotnosť vytlačenej kvapaliny sa rovná hmotnosti plávajúceho telesa.
Archimedova sila je väčšia ako gravitácia, ak je hustota kvapaliny väčšia ako hustota telesa ponoreného do kvapaliny, ak
1) =— teleso pláva v kvapaline alebo plyne, 2) > — telo sa utopí, 3) < — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.
Práve tieto princípy vzťahu medzi gravitáciou a Archimedovou silou sa používajú v lodnej doprave. Na vode však plávajú obrovské riečne a námorné plavidlá vyrobené z ocele, ktorých hustota je takmer 8-krát väčšia ako hustota vody. Vysvetľuje to skutočnosť, že iba relatívne tenký trup plavidla je vyrobený z ocele a väčšinu jeho objemu zaberá vzduch. Priemerná hustota lode sa ukazuje byť výrazne nižšia ako hustota vody; preto sa nielen nepotopí, ale dokáže prijať aj veľké množstvo nákladu na prepravu. Plavidlá, ktoré sa plavia po riekach, jazerách, moriach a oceánoch, sú postavené z rôznych materiálov s rôznou hustotou. Trup lodí je zvyčajne vyrobený z oceľových plechov. Všetky vnútorné upevnenia, ktoré dodávajú lodiam pevnosť, sú tiež vyrobené z kovov. Na stavbu lodí sa používajú rôzne materiály, ktoré majú vyššiu aj nižšiu hustotu v porovnaní s vodou. Hmotnosť vody vytlačenej podvodnou časťou plavidla sa rovná hmotnosti plavidla s nákladom vo vzduchu alebo gravitačnej sile pôsobiacej na plavidlo s nákladom.
Pre letectvo sa najskôr používali balóny, ktoré sa predtým plnili ohriatym vzduchom, teraz vodíkom alebo héliom. Aby sa lopta zdvihla do vzduchu, je potrebné, aby Archimedova sila (vztlak) pôsobiaca na loptu bola väčšia ako sila gravitácie.
5. Uskutočnenie experimentu
Preskúmajte správanie sa surového vajíčka v rôznych druhoch tekutín.
Cieľ: dokázať, že hodnota vztlakovej sily závisí od hustoty kvapaliny.
Vzal som si jedno surové vajce a rôzne druhy tekutín (príloha 1):
Voda je čistá;
Voda nasýtená soľou;
Slnečnicový olej.
Najprv som spustil surové vajce do čistej vody – vajce kleslo – „kleslo na dno“ (príloha 2). Potom som do pohára čistej vody pridala lyžicu kuchynskej soli, výsledkom čoho je, že vajíčko pláva (príloha 3). A nakoniec som vajce spustila do pohára so slnečnicovým olejom - vajce kleslo na dno (príloha 4).
Záver: v prvom prípade je hustota vajíčka väčšia ako hustota vody a preto sa vajíčko potopilo. V druhom prípade je hustota slanej vody väčšia ako hustota vajíčka, takže vajce pláva v tekutine. V treťom prípade je hustota vajíčka tiež väčšia ako hustota slnečnicového oleja, takže sa vajíčko potopilo. Preto čím väčšia je hustota kvapaliny, tým menšia je gravitačná sila.
2. Pôsobenie Archimedovej sily na ľudské telo vo vode.
Experimentálne určte hustotu ľudského tela, porovnajte ju s hustotou sladkej a morskej vody a urobte záver o základnej schopnosti človeka plávať;
Vypočítajte hmotnosť osoby vo vzduchu a Archimedovu silu pôsobiacu na osobu vo vode.
Najprv som si zmeral telesnú hmotnosť pomocou váhy. Potom zmeral objem tela (bez objemu hlavy). K tomu som si do vane napustil toľko vody, že keď som sa ponoril do vody, bol som celý ponorený (okrem hlavy). Ďalej som pomocou centimetrovej pásky označil vzdialenosť od horného okraja kúpeľa k hladine vody ℓ 1 a potom, keď bol ponorený do vody ℓ 2. Potom som pomocou vopred odmernej trojlitrovej nádoby začal liať vodu do kúpeľa od úrovne ℓ 1 po úroveň ℓ 2 - takto som zmeral objem vody, ktorý som vytlačil (príloha 5). Hustotu som vypočítal podľa vzorca:
Gravitačná sila pôsobiaca na teleso vo vzduchu bola vypočítaná pomocou vzorca: kde je gravitačné zrýchlenie ≈ 10. Hodnota vztlakovej sily sa vypočítala pomocou vzorca opísaného v odseku 2.
Záver: Ľudské telo je hustejšie ako sladká voda, čo znamená, že sa v nej utopí. Pre človeka je ľahšie plávať v mori ako v rieke, pretože hustota morskej vody je väčšia, a preto je väčšia vztlaková sila.
Záver
V procese spracovania tejto témy sme sa dozvedeli veľa nového a zaujímavého. Rozsah našich vedomostí sa zvýšil nielen v oblasti pôsobenia Archimedovej moci, ale aj v jej aplikácii v živote. Pred začatím práce sme o nej nemali ani zďaleka detailnú predstavu. Počas experimentov sme experimentálne potvrdili platnosť Archimedovho zákona a zistili sme, že vztlaková sila závisí od objemu telesa a hustoty kvapaliny, čím vyššia je hustota kvapaliny, tým väčšia je Archimedova sila. Výsledná sila, ktorá určuje správanie telesa v kvapaline, závisí od hmotnosti, objemu telesa a hustoty kvapaliny.
Okrem vykonaných experimentov sa študovala ďalšia literatúra o objave Archimedovej sily, o vznášaní telies a aeronautike.
Každý z vás môže robiť úžasné objavy a na to nepotrebujete žiadne špeciálne znalosti ani výkonné vybavenie. Len sa musíme trochu pozornejšie pozerať na svet okolo nás, byť trochu nezávislejší v úsudkoch a objavy vás nenechajú čakať. Neochota väčšiny ľudí skúmať svet okolo seba necháva veľa priestoru pre zvedavcov na tých najneočakávanejších miestach.
Bibliografia
1. Veľká kniha pokusov pre školákov - M.: Rosman, 2009. - 264 s.
2. Wikipedia: https://ru.wikipedia.org/wiki/Archimedes_Law.
3. Perelman Ya.I. Zábavná fyzika. - kniha 1. - Jekaterinburg.: Diplomová práca, 1994.
4. Perelman Ya.I. Zábavná fyzika. - kniha 2. - Jekaterinburg.: Diplomová práca, 1994.
5. Peryshkin A.V. Fyzika: 7. ročník: učebnica pre vzdelávacie inštitúcie / A.V. Peryshkin. - 16. vyd., stereotyp. - M.: Drop, 2013. - 192 s.: chor.
Príloha 1
Dodatok 2
Dodatok 3
Dodatok 4
