АРХИМЕДОВА СИЛА ПЛАВАНИЕ СУДОВ ВОЗДУХОПЛАВАНИЕ Работу выполнила ученица 10 класса Б Мансурова Реналия

-переход к следующему слайду -переход к содержанию -переход к предыдущему слайду

Содержание Об Архимеде Закон Архимеда Плавание тел О двух несмешивающихся жидкостях Плавание судов Воздухоплавание Примеры решения задач. Задача 1 Примеры решения задач. Задача 2 Проверь себя Задачи для самостоятельного решения

Архимед - величайший древнегреческий ученый, математик, физик, родился в 287 г. до н.э. в Сиракузах. Он прославился научными трудами в области геометрии и механики. Существует легенда об открытии «закона Архимеда», связанная с золотой короной царя Сиракуз Гиероном II. Историки считают, что задача о золотой короне побудила Архимеда заняться вопросом о плавании тел. Результатом было появление сочинения «О плавающих телах», которое дошло до наших дней.

На основании опыта, проведённого ранее, можно заключить, что на тело, погруженное в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу того количества жидкости (газа), которое вытеснено погруженной частью тела. Силу, выталкивающую тело из жидкости или газа, называют Архимедовой силой, в честь древнегреческого учёного Архимеда.

Архимедова сила равна весу жидкости в объёме тела, т.е. F арх =P ж =gm ж. Массу жидкости m ж, вытесняемую телом, можно выразить через её плотность (ρ ж ) и объём тела (V т ), погружённого в жидкость(т.к. V ж - объём вытесненной телом жидкости равен V т - объёму тела, погруженного в жидкость), т.е. m ж = ρ ж V т Тогда получим:. F арх = gρ ж V т архимедова сила зависит от плотности жидкости, в которую погружено тело, и от объёма этого тела; архимедова сила не зависит от плотности вещества тела, погружаемого в жидкость, так как эта величина не входит в полученную формулу. Нужно помнить, что: закон Архимеда справедлив только при наличии силы тяжести. В условиях невесомости он не выполняется;

Определим теперь вес тела, погружённого в жидкость(или газ). Так как две силы, действующие на тело в этом случае, направлены в противоположные стороны(сила тяжести вниз, архимедова сила вверх), то вес тела в жидкости P 1 будет меньше веса тела в вакууме P=gm (m- масса тела) на архимедову силу F арх =gm ж (m ж –масса жидкости, вытесненной телом), т.е.: P 1 = P- F арх,или P 1 = gm - gm ж. Таким образом, если тело погружено в жидкость(или газ), то оно теряет в своём весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость(или газ). F арх mg

Плавание тел Допустим, что сначала тело было неподвижно. Рассмотрим, что будет происходить с телом, находящимся внутри жидкости, под действием силы тяжести и силы Архимеда. Возможны три случая: Fт<FA тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать Fт=F A тело плавает в жидкости или газе Fт>F A тело тонет

Следовательно: чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость. Тело с меньшей плотностью всплывает в этой жидкости. Например, кусок железа тонет в воде, но всплывет в ртути. Если плотность сплошного твёрдого тела больше плотности жидкости, то тело в такой жидкости тонет. Тело, плотность которого равна плотности жидкости, остаётся в равновесии внутри жидкости.

О двух несмешивающихся жидкостях Две несмешивающиеся жидкости, например вода и керосин, располагаются в сосуде в соответствии со своими плотностями: в нижней части сосуда – более плотная вода, сверху – более лёгкий керосин. ρкρк ρвρв

Необходимость преодолевать водные преграды, перевозя грузы по воде, привели к изобретению человеком плавучих средств. Сначала это были древесные стволы или надутые мешки из шкур животных, плоты из скрепленных друг с другом бревен, круглые корзины, лодки, выжигавшиеся из стволов деревьев. В третьем тысячелетии до н. э. стали применяться паруса. Первые паруса изготовлялись из шкур и деревянных планок. Очень долго паруса играли вспомогательную роль, и лишь в X-XIIIвв. появились первые парусные суда. Наивысшего развития они достигли во второй половине XIX в. Самыми быстроходными из них были трех- и четырехмачтовые клиперы. Плавание судов

В 1803 г. Р. Фултон установил на 18-метровой лодке гребные колеса, приводимые в движение паровой машиной. После изобретения парохода в разных странах мира на судна стали устанавливать паровые машины, и паруса постепенно утратили свое значение. В 1903 г. в России был построен первый теплоход - судно, приводимое в движение с помощью двигателя внутреннего сгорания. В настоящее время теплоходы являются самым распространенным видом водного транспорта.

Современные суда построены из разных материалов с различной плотностью. Корпус судов обычно делают из стальных листов. Все внутренние крепления, придающие судам прочность, также изготавливают из металлов. Но, несмотря на огромную массу, их средняя плотность по- прежнему меньше плотности воды( так как корабли содержат много пустых помещений). При этом сила тяжести, действующая на судно, уравновешивается архимедовой силой, и судно плавает.

Осадка-глубина, на которую судно погружается в воду. Ватерлиния - линия соприкосновения поверхности воды с корпусом судна, соответствующая наибольшей допустимой осадке. Водоизмещение судна – массу воды, вытесняемая плавающим судном. Водоизмещение судна совпадает с массой судна и выражается в тоннах.

Суда, способные плавать под водой, называют подводными. Первая подводная лодка была построена в 1620 г. в Англии. Подводная лодка имеет специальные отсеки, которые при погружении заполняются водой. Сила тяжести лодки при этом возрастает, и она погружается. При всплытии мощные насосы нагнетают сжатый воздух из специальных баллонов в отсеки с водой. Вода вытесняется за борт лодки, и лодка становится легче. Когда сила тяжести становится меньше выталкивающей силы, лодка всплывает.

Воздухоплавание На все тела в воздухе действует архимедова сила. Если эта сила окажется больше силы тяжести, действующей на тело, т.е. F т <F A, то тело взлетит. На этом основано воздухоплавание. Чтобы воздушный шар поднимался, его надо наполнить газом, плотность которого меньше воздуха. Подъемная сила воздушного шара равна разности между архимедовой силой и силой тяжести. Fпод = Fа - (Fт оболочки + Fт газа + Fт груза). Чем меньше плотность газа, заполняющего воздушный шар, тем меньше действующая на него сила тяжести и потому тем больше возникающая подъемная сила.

Виды воздушных шаров Аэростат- воздушный шар, перемещающийся только под действием ветра. Дирижабль – управляемый воздушный шар, снабжённый винтами и двигателем. Стратостат – огромный воздушный шар, применявшийся для исследования верхних слоёв атмосферы, стратосферы.

Следует помнить: Температуру теплого воздуха внутри воздушного шара можно регулировать с помощью обычно газовой горелки, установленной под оболочкой. Увеличивая пламя горелки, можно заставить воздушный шар подниматься выше и наоборот. Для того, чтобы опуститься на землю, выталкивающую силу надо уменьшить. Для этого можно уменьшить объем шара. В верхней части оболочки шара имеется специальный выпускной клапан, через который можно выпустить часть газа. После этого шар начнет опускаться вниз. Когда архимедова сила достигнет значения, равного силе тяжести, подъем воздушного шара прекратится. Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают балласт. При этом сила тяжести уменьшается, и выталкивающая сила оказывается большей.

Примеры решения задач Определить выталкивающую силу, действующую на камень объёмом 1,8 м 3 в морской воде. Задача 1 Дано: V т =1,8 м 3 ; ρ ж =1030 кг/м 3 ; g=9,8 H/кг; F арх =? Решение: Запишем формулу силы Архимеда : F арх = gρ ж V т ; Подставляем значения: F арх = 9,8 H/кг*1030 кг/м 3 *1,8 м 3 =18169,2Н=18,2 кН. Ответ: F арх = 18,2 кН.

Примеры решения задач Задача 2 Вес тела в воздухе равен 26000H, а в воде 16000H. Каков объем тела? Дано: P 1 =26000H ; P 2 =16000Н ; g=9,8 H/кг; Ρ в =1000 кг/м 3 ; V=? Решение: На тело, находящееся в воде, действует сила тяжести и архимедова сила. Архимедова сила равна весу воды в объеме тела. Найдя архимедову силу, по ней определим вес и массу воды в объеме тела, а по этой массе объем тела. Архимедова сила F арх =P 1 -Р 2 ; F арх = 26000Н Н = н. Зная, что g=9,8 H/кг, по архимедовой силе найдем массу воды в объеме тела: m = 10000Н:9,8 Н/кг ~ 1000 кг. Объем воды найдем, разделив массу воды на ее плотность: V = 1000 /кг : 1000 кг/м 3 = 1 м. Ответ: V=1 м.

Проверь себя Как называют силу, которая выталкивает тела, погружённые в жидкости и газы? Как подсчитать архимедову силу? При каком условии тело, находящееся в жидкости, тонет? плавает? всплывает? Почему водные животные не нуждаются в прочных скелетах? Что называют осадкой судна? ватерлинией? Как рассчитать подъёмную силу воздушного шара? Ответ:

Силу, которая выталкивает тела, погружённые в жидкости и газы, называют архимедовой силой. 1

2 Для того, чтобы вычислить силу Архимеда, необходимо плотность жидкости умножить на ускорение свободного падения и на объём погружённой части тела,т.е. F арх = gρ ж V т

3 Если F т <F A, то тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать. Если F т =F A, то тело плавает в жидкости или газе. Если F т >F A, то тело тонет.

4 Живые организмы, населяющие водную среду, не нуждаются в прочных скелетах, так как их средняя плотность не отличается от плотности воды, и поэтому их вес полностью уравновешивается архимедовой силой.

5 Осадка-глубина, на которую судно погружается в воду. Ватерлиния - линия соприкосновения поверхности воды с корпусом судна, соответствующая наибольшей допустимой осадке.

6 Подъемная сила воздушного шара равна разности между архимедовой силой и силой тяжести. Fпод = Fа - (Fт оболочки + Fт газа внутри + Fт груза).

Задачи для самостоятельного решения Чему равна архимедова сила, действующая в воде на тело объемом 125 см 3 из стекла, пробки, алюминия, свинца? Ответ:1,25Н для всех тел. Задача 1 Задача 2 На сколько гранитный булыжник объемом 0,004 м 3 будет легче в воде, чем в воздухе? Ответ: на 40Н. Задача 3 Объем куска железа 0,2 м 3. Какая выталкивающая сила будет на него действовать при полном его погружении в воду? Ответ: 2000Н.