Часть 5

Известно, что всякая жидкость давит на погруженное в неё тело со всех сторон: и сверху, и снизу, и с боков. Почему же на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, всегда направленная вверх? Почему вес тела в воде меньше веса тела в воздухе?

Рассмотрим силы, которые действуют со стороны жидкости на погруженное в неё тело Почему силы, действующие на боковые грани тела равны и уравновешивают друг друга? А вот силы, действующие на верхнюю и нижнюю грани тела неодинаковы? F2F2 F h h h

Как опытным путём определить величину выталкивающей силы? ФАКТ: тело, взвешенное в жидкости, весит меньше, чем в воздухе. Чем это объясняется? Как можно проверить на опыте? Fвыт. Р в возд. Р в жидк. Р в возд. – Р в жидк. = F выт. Жидкость практически несжимаема и вытесняет тело, занимающее её место. Это и является причиной действия на тело в жидкости выталкивающей силы (F выт), направленной против силы тяжести. Fтяж. Fвыт.

h h Доказать: р всегда < р Сила давления жидкости на верхнюю грань всегда меньше силы давления на нижнюю грань. По этой причине на тело, погружённое в жидкость, действует сила, направленная вверх. Она выталкивает тело из жидкости и называется АРХИМЕДОВОЙ СИЛОЙ. р р Как возникает выталкивающая сила? p - давление на верхнюю грань p - давление на нижнюю грань

Рассчитаем выталкивающую силу: Давление жидкости на верхнюю грань равно р = ρ ж · g · h Сила давления на верхнюю грань равна F= р· S = ρ ж · g · h · S Поскольку h > h, то р >р и F > F Сила давления на нижнюю грань равна F= p· S = ρ ж · g · h · S Давление жидкости на нижнюю грань равно р = ρ ж · g · h Найдём разность F – F = ρ ж · g · h · S - ρ ж · g · h · S = ρ ж · g · S (h - h ) = ρ ж · g · S ·H= = g ·ρ ж · V = m ж · g = р жид. вытесненной телом = F выталкивающей ВЫВОД: выталкивающая сила равна весу вытесненной телом жидкости

Сила, выталкивающая целиком погруженное в газ или жидкость тело, равна весу газа или жидкости в объеме этого тела. F A = Р ж ЗАКОН АРХИМЕДА Тело, находящееся в жидкости (или газе), теряет в своем весе столько, сколько весит жидкость (или газ) в объеме, вытесненном телом. Величайший древнегреческий ученый,математик, физик и изобретатель (287 г. до н.э. – 212 г. до н.э.)

Сила Архимеда Плотность жидкости Объем тела Плотность тела Форма тела F A = ρ ж g V Т

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ h 2 h 1 F 1 F 2 F 3 F 4 F 3 = F 4 F 2 > F 1 т.к. h 2 > h 1 СИЛА АРХИМЕДА F А = F 2 – F 1 –– выталкивающая сила F А = P Е воз – P Е жид F А = = F А = P ж Закон Архимеда: II в. до н.э. g ·ρ ж · V ρ ж · V = m ж PжPж m ж · g

Тело тонет (опускается на дно), если сила тяжести больше силы Архимеда F тяж > F А Тело всплывает (поднимается из жидкости), если сила тяжести меньше силы Архимеда F тяж < F А Тело плавает (может находится в любом месте жидкости), если сила тяжести равна силе Архимеда F тяж = F А

Рассмотрим случай, когда тело всплывает (поднимается из жидкости), сила тяжести меньше силы Архимеда F тяж < F А При всплытии тела до поверхности F тяж < F А При дальнейшем всплытии тела вверх архимедова сила уменьшается, так как уменьшается объем части тела, погруженной в жидкость. Тело будет всплывать до тех пор, пока архимедова сила станет равна силе тяжести. После этого тело будет плавать. F тяж = F А Архимедова сила стала равна весу жидкости в объеме погруженной в нее части тела.

Если взвесить вытесненную воду, то можно увидеть, что ее вес (архимедова сила) равен силе тяжести, действующей на плавающее тело, или весу этого тела в воздухе. Спирт Вода Морская вода В сосудах плавают одинаковые тела. В каком из сосудов находится вода, морская вода, спирт? Чем больше плотность жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость.

Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость. В воде плавают три тела шарообразной формы равного объема. Плотность какого тела больше? A B C

Керосин Вода Две несмешивающиеся жидкости, керосин и воду, наливают в сосуд. Как расположатся эти жидкости в сосуде? Две несмешивающиеся жидкости, керосин и вода, расположатся в сосуде в соответствии со своими плотностями.

В воде плавают три тела шарообразной формы равного объема. Плотность какого тела больше? A B C Парафин Медь Сосна Масло машинное

Линия, до которой погружаются суда, называется в а т е р линией. Вес вытесняемой судном воды при погружении до ватерлинии называют его в о д о и з м е щ е н и е м. На всех морских судах наносится знак, показывающий уровень предельных ватерлиний: FW – в пресной воде; IS – Индийском океане летом; S – солёной воде летом; W – солёной воде зимой; WNA – Северной Атлантике зимой.

На подводной лодке открывают кингстоны балластной цистерны, чтобы заполнить их морской водой. Вода поступает в цистерну, воздух сбрасывается наружу, лодка погружается. Чтобы всплыть, вода из цистерн выдавливается сжатым воздухом под высоким давлением. Вес лодки уменьшается и она всплывает на поверхность.

Воздухоплавание (или аэронавтика)- это создание летательных средств легче воздуха. К ним причисляют аэростаты (воздушные шары) и дирижабли. Аэронавтика

F п = F A - F тяж F A = возд g V ш, F тяж = г g V ш F п = ( возд - г ) g V ш Если выталкивающая сила станет больше силы тяжести, действующей на тело, то оно поднимется, оторвавшись от земли. На этом основан принцип воздухоплавания. Летательные аппараты, которые реализуют этот принцип называются аэростатами. Подъёмная сила воздушного шара:

Аэростаты Аэростаты Аэростаты Аэростаты Неуправляемые Свободно перемещаются по воздуху и имеют форму шара. Привязные При помощи тороса фиксируются над данной точкой земной поверхности. Управляемые Имеют двигатель, воздушные винты и могут перемещаться по заданному маршруту.

Первый аэростат братьев Монгольфье. Первая публичная демонстрация полета воздушного шара, наполненного горячим воздухом, представлена на гравюре в несколько фантастическом виде. Опыт был проведен братьями Жозефом и Этьеном Монгольфье 4 июня 1783 г. в Анноне (Франция). Шар представлял собой сферический льняной мешок, оклеенный бумагой, имел 11 м в поперечнике и весил 227 кг. Его наполнили горячим воздухом над костром. Полет продолжался 10 мин.

Впервые в свободный полет человек отправился на воздушном шаре, который поднялся из сада замка де ла Мюэт в западном пригороде Парижа 21 ноября 1783 г. Жозеф и Этьен (гравюра XIX в). Братья Монгольфье

Первый полет монгольфьера с экипажем. Первый полет монгольфьера с животными. Теперь о пассажирах шаров-монгольфьеров. Как и при первых космических запусках, ими были животные: утка, баран и петух.После испытания в прессе разразился скандал - у петуха оказалось сломанным крыло. Не подумайте, что шумиху в печати подняли защитники прав животных. Вопрос стоял остро: выживет ли в воздухе человек.

21 октября 1783 года маркиз А. д`Арланд и барон Пилатр де Розье совершил первый в истории управляемый полет на аэростате. Опыт едва не закончился трагедией. От костра, на котором подогревали воздух, начала тлеть корзина. Все обошлось: прогорев в нескольких местах, шар пролетел несколько километров и приземлился в окрестностях Парижа. Полет д`Арланда и де Розье 21 октября 1783 г. Пилатр де Розье терпит катастрофу 15 июня 1785 г.

Первый полет пилотируемого воздушного шара, наполненного водородом. Шар был запущен в саду Тюильри в Париже 1 декабря 1783 г. Пассажирами были Жак Шарль и его помощник М.- Н. Робер. Полет продолжался около 2 ч, после чего Робер сошел на землю, а Шарль, продолжив полет в одиночестве, поднялся на высоту более 3,5 км.

Создателем водородных шаров стал профессор Жан-Александр Сезар Шарль. Поскольку именно его работу взялась финансировать Парижская академия наук, Шарлю суждено было превратиться из продолжателя дела Монгольфьеров в их ближайшего соперника. Шарль применил сведения об удивительных свойствах открытого газа на практике. Воспользовавшись изобретением Монгольфье, он создал собственный аэростат, движущей силой которого являлся водород, а оболочка состояла из шелка, пропитанного раствором каучука. Водородные шары Это интересно

1 декабря все того же 1783 года парижане братья Робер совершили успешный перелет на водородном аэростате. Осенью 1784 года настоящее путешествие над Великобританией совершил итальянский посол Виченцо Лунарди. 1 декабря 1785 г. Полет Шарля и Робера Он стартовал в Лондоне, через некоторое время снизился над одной из деревень в Хертфордшире, сбросил свой балласт, высадил кота и, благодаря этому пролетел еще несколько миль. Создавалось впечатление, что шары-монгольфьеры вытесняются шальерами. Но это было не так. Дело в том, что полеты на водородных шарах были делом весьма опасным. Водородный аэростат Это интересно

Использование шаров в военных целях. Водород, как известно, газ горючий и, смешиваясь с воздухом, создает такую взрывоопасную смесь, что достаточно малейшей искры, чтобы произошел взрыв. Именно так погиб первый воздухоплаватель барон Пилатр де Розен. Неудивительно, что со временем большинство аэронавтов будет отдавать предпочтение тепловым шарам. Перелет Бланшара через Ла-Манш. Это интересно

Дирижабли. Аппараты такого типа получили название "дирижабли" (от французского глагола "руководить"). Аэростаты целиком подвластны воли ветра. Неудивительно, что конструкторы стали задумываться о создании управляемых аэростатов. Сходство аэростатов с морскими судами натолкнуло изобретателей на мысль снабдить шар веслами. Конечно, от этой нелепой идеи пришлось отказаться: оттолкнуться от воздуха не удавалось, и аэронавты безрезультатно молотили веслами. Это интересно

Чтобы расширяющийся несущий газ не разорвал оболочку стратостата, сделанную из легкой прорезиненной ткани, Пикар снабдил ее тремя аппендиксами. При подъеме стратостата в разреженные слои атмосферы внутренний воздух с силой прижимал крышки люков к уплотнительным резиновым кольцам и гондола становилась воздухонепроницаемой. Стратостат Стратостаты, специальные воздушные шары с герметически закрытой кабиной для экипажа, изобретенные бельгийским ученым Огюстом Пикаром, - были единственным средством до полетов в космос для достижения больших высот.

Воздушный корабль LZ 127 – перелёт из Фридрихсхафена в Нью-Йорк, 1928 год Дирижабль «Бриз» покидает строительный ангар! 26 мая 1896 г. Дирижабли

Новое поколение дирижаблей Дирижабли

В 1885 г. проблемой воздухоплавания заинтересовался К.Э. Циолковский. Свои исследования он изложил в капитальном сочинении Теория и опыт аэростата, где теоретически обосновал конструкцию аэростата с тонкой эластичной металлической оболочкой. Согласно проекту оболочка с помощью стягивающей системы могла изменять объем. Это позволяло дирижаблю сохранять постоянную подъемную силу при разных температурах и высотах. К.Э. Циолковский и аэростаты

30 января 1934 г. «Осоавиахим-1» 75 лет назад трое советских исследователей – Г.А. Прокофьев, К.Д. Годунов и Э.К. Бирнбаум на борту стратостата "СССР-1" установили абсолютный мировой рекорд высоты, превзойдя установленный в 1932-м рекорд швейцарца Огюста Пиккара ( ) более чем на 2 км: советские исследователи достигли почти 19-километровой высоты.