Условия плавания (7 класс)
Как мы знаем, на тело, погруженное в жидкость действуют две силы: сила тяжести и архимедова сила. Здесь возможны три случая.
Первый случай: сила тяжести больше, чем сила Архимеда. Результирующая сила направлена вниз, поэтому тело опускается (или тонет).
Во втором случае сила тяжести, наоборот, меньше, чем сила Архимеда. Здесь результирующая сила направлена вверх, поэтому тело поднимается (или всплывает). Очевидно, что когда часть тела будет выступать над поверхностью жидкости, архимедова сила уменьшится. В результате наступит момент, когда две силы уравновесятся. При этом какая-то часть тела будет оставаться в жидкости, другая — выступать над ней.
И еще возможен случай, когда силы тяжести и Архимеда равны. Тогда тело может плавать прямо в толще жидкости, не опускаясь и не поднимаясь. В физике это называется безразличное равновесие. Именно такой вариант используют рыбы.
Запишем итог наших рассуждений. Как мы видим, в зависимости от соотношения между силой тяжести и архимедовой силы выполняются три сценария: либо тело тонет, либо всплывает, либо плавает в самой жидкости.
Конечно, постоянно вычислять силы довольно утомительно. Сделаем некоторые преобразования. Выпишем формулы для обеих сил. Как мы видим, в них входят одинаковые сомножители. После их сокращения, у нас остается простое и понятное правило: если плотность тела больше плотности жидкости — оно тонет. Если плотности равны — плавает, если же плотность тела меньше плотности жидкости — то всплывает.
Теперь самостоятельно выполните следующее упражнение. Пользуясь таблицами для плотности твердых тел и жидкостей, определите, что происходит с погруженным телом (тонет, плавает или всплывает):
От скучных формул перейдем к окружающему нас миру. Из близких нам веществ наиболее известно плавание льда в воде. Лед имеет другое расположение молекул, в итоге его плотность составляет всего 917 килограммов на метр кубический, тогда как у жидкой воды плотность 1000 килограммов на метр кубический. Как мы видим, менее плотное вещество (лед) плавает в более плотном (вода).
На реках и озерах лед образуется в холодное время года. И именно он защищает водоемы от дальнейшего промерзания, так что в них сохраняется жизнь.
В океанах лед образуется в полярных областях и плавает в виде айсбергов, представляя большую опасность для судов. Пожалуй, наиболее известной катастрофой в этой области стала гибель парохода «Титаник» в 1912 году, в результате которой погибло порядка 1.5 тысяч человек. Судно на большой скорости столкнулось по касательной с айсбергом в водах Северной Атлантики, и через 2 часа полностью затонуло.
Запишем итог:
Наши рассуждения справедливы и для случая, когда у нас есть две несмешивающиеся жидкости, например, вода и подсолнечное масло. Действительно, рассмотрим произвольную (сколь угодно малую) каплю масла внутри воды. Оценив архимедову силу, мы увидим, что она больше, чем сила тяжести, поэтому капля всплывает. Таким образом, весь объем масла, состоящий, по сути, из отдельных капель, всплывет над водой, и жидкости расположатся друг над другом: менее плотная жидкость будет выше, чем более плотная.
Теперь, пользуясь таблицей плотностей, самостоятельно определите, какая из жидкостей в паре будет всплывать:
Наконец, наши знания можно использовать и в чрезвычайных ситуациях — когда, например, при авариях на производстве или железнодорожных катастрофах происходят утечки ядовитых газов (хлора, сероводорода, аммиака и так далее). Законы физики действуют точно так же: если плотность газа выше, чем плотность воздуха, то он скапливается внизу. Если же ниже — поднимается вверх.
В завершении видеоурока попробуйте выполнить следующее задание: опишите ваши действия, если бы вы услышали, что на ближайшем заводе произошла серьезная утечка хлора. Как вы можете обезопасить себя в данной ситуации?
Просмотреть видеоурок
Первый случай: сила тяжести больше, чем сила Архимеда. Результирующая сила направлена вниз, поэтому тело опускается (или тонет).
Во втором случае сила тяжести, наоборот, меньше, чем сила Архимеда. Здесь результирующая сила направлена вверх, поэтому тело поднимается (или всплывает). Очевидно, что когда часть тела будет выступать над поверхностью жидкости, архимедова сила уменьшится. В результате наступит момент, когда две силы уравновесятся. При этом какая-то часть тела будет оставаться в жидкости, другая — выступать над ней.
И еще возможен случай, когда силы тяжести и Архимеда равны. Тогда тело может плавать прямо в толще жидкости, не опускаясь и не поднимаясь. В физике это называется безразличное равновесие. Именно такой вариант используют рыбы.
Запишем итог наших рассуждений. Как мы видим, в зависимости от соотношения между силой тяжести и архимедовой силы выполняются три сценария: либо тело тонет, либо всплывает, либо плавает в самой жидкости.
Конечно, постоянно вычислять силы довольно утомительно. Сделаем некоторые преобразования. Выпишем формулы для обеих сил. Как мы видим, в них входят одинаковые сомножители. После их сокращения, у нас остается простое и понятное правило: если плотность тела больше плотности жидкости — оно тонет. Если плотности равны — плавает, если же плотность тела меньше плотности жидкости — то всплывает.
Теперь самостоятельно выполните следующее упражнение. Пользуясь таблицами для плотности твердых тел и жидкостей, определите, что происходит с погруженным телом (тонет, плавает или всплывает):
- дерево в воде
- лед в ацетоне
- бетон в ртути
- парафин в бензине
- парафин в машинном масле
От скучных формул перейдем к окружающему нас миру. Из близких нам веществ наиболее известно плавание льда в воде. Лед имеет другое расположение молекул, в итоге его плотность составляет всего 917 килограммов на метр кубический, тогда как у жидкой воды плотность 1000 килограммов на метр кубический. Как мы видим, менее плотное вещество (лед) плавает в более плотном (вода).
На реках и озерах лед образуется в холодное время года. И именно он защищает водоемы от дальнейшего промерзания, так что в них сохраняется жизнь.
В океанах лед образуется в полярных областях и плавает в виде айсбергов, представляя большую опасность для судов. Пожалуй, наиболее известной катастрофой в этой области стала гибель парохода «Титаник» в 1912 году, в результате которой погибло порядка 1.5 тысяч человек. Судно на большой скорости столкнулось по касательной с айсбергом в водах Северной Атлантики, и через 2 часа полностью затонуло.
Запишем итог:
- плотность льда меньше плотности воды, и он плавает в воде
- лед защищает водоемы от промерзания
- айсберги в океанах представляют опасность. Для их обнаружения на кораблях установлены радиолокаторы
Наши рассуждения справедливы и для случая, когда у нас есть две несмешивающиеся жидкости, например, вода и подсолнечное масло. Действительно, рассмотрим произвольную (сколь угодно малую) каплю масла внутри воды. Оценив архимедову силу, мы увидим, что она больше, чем сила тяжести, поэтому капля всплывает. Таким образом, весь объем масла, состоящий, по сути, из отдельных капель, всплывет над водой, и жидкости расположатся друг над другом: менее плотная жидкость будет выше, чем более плотная.
Теперь, пользуясь таблицей плотностей, самостоятельно определите, какая из жидкостей в паре будет всплывать:
- ртуть + вода
- вода + нефть
- бензин + керосин
Наконец, наши знания можно использовать и в чрезвычайных ситуациях — когда, например, при авариях на производстве или железнодорожных катастрофах происходят утечки ядовитых газов (хлора, сероводорода, аммиака и так далее). Законы физики действуют точно так же: если плотность газа выше, чем плотность воздуха, то он скапливается внизу. Если же ниже — поднимается вверх.
В завершении видеоурока попробуйте выполнить следующее задание: опишите ваши действия, если бы вы услышали, что на ближайшем заводе произошла серьезная утечка хлора. Как вы можете обезопасить себя в данной ситуации?
Просмотреть видеоурок
|
Приглашаем на наш
youtube-канал
youtube-канал