Мы знаем, что на любое тело, находящееся в жидкости, действуют две силы, направленные в противоположные стороны: сила тяжести и архимедова сила. Сила тяжести равна весу тела и направлена вниз, архимедова же сила зависит от плотности жидкости и направлена вверх. Как физика объясняет плавание тел , и каковы условия плавания тел на поверхности и в толще воды?
Условие плавания тел
Согласно закону Архимеда условие плавания тел следующее: если сила тяжести равна архимедовой силе, то тело может находиться в равновесии в любом месте жидкости, то есть плавать в ее толще. Если сила тяжести меньше архимедовой силы, то тело будет подниматься из жидкости, то есть всплывать. В случае же, когда вес тела больше выталкивающей его архимедовой силы, то тело будет опускаться на дно, то есть тонуть. Выталкивающая сила зависит от плотности жидкости. А вот будет тело плавать или тонуть зависит от плотности тела, так как его плотность увеличит его вес. Если плотность тела будет выше плотности воды, то тело утонет. Как же быть в таком случае?
Плотность сухого дерева за счет полостей, наполненных воздухом, меньше плотности воды и дерево может плавать на поверхности. А вот железо и многие другие вещества значительно плотнее воды. Как же возможно строить корабли из металла и перевозить различные грузы по воде в таком случае? А для этого человек придумал небольшую хитрость. Корпус корабля, который погружается в воду, делают объемным, а внутри этот корабль имеет большие полости, заполненные воздухом, которые сильно уменьшают общую плотность корабля. Объем вытесняемой кораблем воды, таким образом, сильно увеличивают, увеличивая выталкивающую его силу, а плотность корабля в сумме делают меньше плотности воды, дабы корабль мог плавать на поверхности. Поэтому каждый корабль имеет определенный предел массы грузов, который он может увезти. Это называется водоизмещением судна.
Различают порожнее водоизмещение - это масса самого судна, и полное водоизмещение - это порожнее водоизмещение плюс общая масса экипажа, всей оснастки, запасов, топлива и грузов, которую может нормально увезти данное судно без риска утонуть при относительно спокойной погоде.
Плотность тела у организмов, населяющих водную среду, близка к плотности воды. Благодаря этому они могут находиться в толще воды и плавать благодаря подаренным им природой приспособлениям - ластам, плавникам и пр. В передвижении рыб большую роль играет специальный орган - плавательный пузырь. Рыба может менять объем этого пузыря и количество воздуха в нем, благодаря чему ее суммарная плотность может меняться, и рыба может плавать на различной глубине, не испытывая неудобств.
Плотность человеческого тела немного больше плотности воды. Однако, человек, когда у него в легких содержится некоторое количество воздуха, тоже может спокойно держаться на поверхности воды. Если же ради эксперимента, находясь в воде, вы выдохните весь воздух из легких, вы медленно начнете опускаться на дно. Поэтому всегда помните, что плавать не страшно, опасно наглотаться воды и впустить ее в легкие, что и является наиболее частой причиной трагедий на воде.
Урок физики в 7-м классе на тему «Плавание тел»
Учитель Очилбоева Е.П.
Цели урока:
вывести условия плавания тел в жидкости;
установить теоретически и экспериментально соотношение между плотностью тела и жидкости, необходимое для обеспечения условия плавания тел;
продолжить формировать умение учащихся проводить опыты и делать из них выводы;
научить учащихся решать качественные задачи;
проверить усвоение нового материала;
развитие умений наблюдать, анализировать, сопоставлять, обобщать;
воспитание интереса к предмету;
воспитание культуры в организации учебного труда.
Оборудование
проектор, экран;
компьютеры с тестами по количеству учеников;
на 2 человека набор: два стакана с водой, бруски: деревянный и железный, пластилин, кусочки картошки, соль, палочка для размешивания, масло и пипетка.
Ход урока (Урок сопровождается показом презентации)
1.Оргмомент. Беседа о погоде, о лете, о купании в водоёмах.
Объявление темы урока. (Слайд 1) посмотрите на экран, что можно сказать о телах, которые изображены здесь? (Плавают). Тогда сформулируйте тему нашего урока. (Щелчок по слайду 1).
2. Актуализация знаний. Ребята, вы можете привести примеры тел, которые плавают на поверхности воды? А какие тела тонут в воде? А как ещё тело может вести себя в воде?
Попробуйте угадать, о каком плавающем теле пойдёт сейчас речь.
Сегодня над морем
Большая жара;
А в море плывёт
Ледяная гора.
Плывёт и, наверно,
Считает:
Она и в жару не растает.
Учитель показывает Слайд 2 и обращает внимание на подводную часть айсберга.
(Учащиеся путаются в ответах.)
Вы не можете точно ответить на этот вопрос. Но у вас уже появляются идеи, гипотезы.
А вы хотите всегда правильно отвечать на вопрос: будет плавать или тонуть тело в той или иной жидкости?
Давайте сегодня на уроке вместе решим проблему.
Проблема. Выяснить: Каковы условия плавания тел в жидкости.
А вы знаете, какой учёный изучал плавание тел? (Слайд 3)
С какой силой связано это имя? (Слайд 4).
Как найти архимедову силу? (Слайд 5).
Назовите, какие силы действуют на тело, плавающее внутри жидкости. (слайд 6).
3. Решение проблемы - изучение нового материала.
Начнём исследование. Проведём опыт 1 .
Цель работы : Провести наблюдение за поведением деревянного и железного брусков, погруженных в воду, обнаружить на опыте выталкивающее действие воды, указать направление выталкивающей силы.
Приборы и материалы: сосуды с маслом, водой, пипетка.
Перед вами стакан с водой и два бруска: железный и деревянный. Давайте посмотрим, как они будут вести себя в воде. Опустите их в стакан с водой.
Назовите, какие силы, действуют на бруски. Как они направлены?
Вывод: Железный брусок опустится ниже, т.к. сила тяжести, действующая на него больше архимедовой силы, а деревянный брусок будет выше, т.к. архимедова сила, действующая на него больше силы тяжести. Значит, плавание тел зависит от того, какая из сил больше.
Проверка по слайду 7:
Когда тело плавает на поверхности? (Щелчок по слайду 7).
Когда плавает внутри? (Щелчок по слайду 7).
Когда тонет? (Щелчок по слайду 7).
Продолжаем исследования.
Может ли тело в одной жидкости тонуть, а в другой плавать?
Проведём опыт 2. Заставьте кусочки картошки плавать. Попробуйте доказать своё предположение. (Дети, возможно, догадаются, что в один из стаканов нужно добавить соль).
Вывод : в пресной воде картошка тонет, а в солёной плавает. Значит, условие плавания тел зависит от соотношения плотности жидкости и плавающего тела.
Докажем это ещё и теоретически.
Назовите формулу, выражающую закон Архимеда. (Щелчок по слайду 7).
Назовите формулу для вычисления силы тяжести (Щелчок по слайду 7).
Что общего в обеих формулах? Чем отличаются? Значит, условие плавания тел будет зависеть от плотности веществ. (Проверим по слайду 7).
Посмотрите, как человек плавает в Мёртвом море, плотность солёной воды которого значительно больше плотности пресной. (Слайды 8-9).
Вернёмся к моему вопросу.
А изменилось бы что-нибудь, если бы воду в океане мы мгновенно поменяли бы на керосин?
(Учащиеся с лёгкостью правильно отвечают на вопрос, используя таблицу плотности веществ).
Поработаем с таблицей плотностей веществ.
Пользуясь таблицей плотности, определите, в какой жидкости утонет лёд?
Яйцо тонет в пресной воде, но плавает в солёной. Почему?
Будет ли плавать в воде стеклянная бутылка, заполненная водой?
А будет ли в ртути плавать стеклянная бутылка, заполненная ртутью?
Почему нельзя тушить горящий керосин, заливая его водой?
Мы говорили об условии плавания твёрдых тел в жидкости.
Проблема . А может ли одна жидкость плавать на поверхности другой?
Проведём опыт 3. Наблюдение всплытия масляного пятна, под действием выталкивающей силы воды.
Цель работы : Провести наблюдение за всплытием масла, погруженного в воду, обнаружить на опыте выталкивающее действие воды, указать направление выталкивающей силы.
Приборы и материалы: сосуды с маслом, водой, пипетка.
Последовательность проведения опыта .
Возьмите с помощью пипетки несколько капель масла. Опустите пипетку на глубину 3–4 см в стакан с водой.
Выпустите масло и пронаблюдайте, образование масляного пятна на поверхности воды.
На основе проделанного опыта сделайте вывод.
Снова вернёмся к таблице плотности веществ. Объясним, почему на воде образуется масляная плёнка.
Итак, проблема решена, значит, жидкости, как и твёрдые тела, подчиняются условиям плавания тел.
Продолжим беседу о жидкостях.
Один неглубокий сосуд пригласил в гости сразу три несмешивающиеся жидкости разной плотности и предложил им располагаться со всеми удобствами. Как расположились жидкости в гостеприимном сосуде, если это были: масло машинное, мёд и бензин.
Укажите порядок расположения жидкостей.
Проверить по слайду 10.
Опыт 4. (дополнительно)
Заставьте пластилин плавать в воде. (Дети, возможно, догадаются сделать из пластилина маленький кораблик.)
Почему же одно и то же тело ведёт себя по-разному?
Вывод. Если изменить объём пластилина, то можно заставить его плавать.
4. А теперь проверим, как хорошо вы усвоили новый материал . Поможет нам в этом компьютер.
Подведение итогов тестирования, работа над ошибками, которые показал компьютер.
5. Подведение итогов. Домашнее задание.
Упр.27(1,2)- устно
Любителям географии. Большое Соленое озеро, расположенное в США, в западном штате Юта, 120 км в длину и 80 км в ширину. Это самое большое озеро Запада Америки. Но катание на лодке здесь не радует. На вод ных лыжах кататься тоже рискованно: падение грозит... переломом костей! То же самое относится к нырянию. Был случай, когда подро сток, отмахнувшись от советов, разбежался и нырнул. Вытащили его со сломанной шеей. Ударился он не об дно, а о... воду. И не удиви тельно: анализ показывает, что в ней содержится до 25 % твердых веществ, главным образом, окаменевшей соли. Плыть в такой воде нелегко.
Есть ли на Земле ещё похожие водоёмы?
Любителям литературы . Какой писатель в своём произведении описал поведение животных и человека в этом водоёме?
Любителям биологии . Объясните, как рыбки легко могут изменять глубину погружения.
§ 52. Плавание тел — Физика 7 класс (Перышкин)
Краткое описание:
Архимедова или выталкивающая сила действует на все тела, которые погружены в жидкость. В этом вы имели возможность убедиться, читая два предыдущих параграфа. Но почему-то некоторые тела под действие этой силы реально выталкиваются на поверхность и там плавают, а другие тонут. Почему так? В этом нет ничего странного. Одна и та же сила может вытолкнуть одно тело и не может другое. Потому что ей противодействует другая сила, сила, действующая на любое тело со стороны Земли – сила тяжести. Архимедовой силу приходится сравнивать с силой тяжести, которая зависит от массы тела. И если масса большая, то архимедова сила может и не справиться с выталкиванием, тогда тело тонет.
Получается всё зависит от соотношения двух сил – архимедовой силы и силы тяжести, потому чо только они две действуют на тело в жидкости. Если больше сила тяжести – тело тонет, если больше выталкивающая (архимедова) сила – тело всплывает. Они могут быть и равны, тогда тело плавает, не тонет, не всплывает. Вот об этом вы прочитаете в параграфе пятьдесят два. Там же вас научат определять по таблице плотностей некоторых веществ, будет ли тело плавать.
На данном уроке, тема которого: «Плавание тел» мы с вами поговорим о том, как себя ведут разные тела при погружении их в воду. Выясним, в чем причины таких различий, и проведем ряд экспериментов для лучшего понимания явления.
На двух предыдущих уроках мы выяснили, что на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила. Древнегреческий ученый Архимед предложил способ вычисления этой силы. На данном занятии мы порассуждаем о том, почему тела, погруженные в одни жидкости, будут всплывать на ее поверхность, а погруженные в другие жидкости - тонуть. Почему тела в разных жидкостях ведут себя по-разному?
Рассмотрим поведение двух брусков, железного и деревянного, одинакового объема при их погружении в воду. Железный брусок утонет, а деревянный всплывет на поверхность (см. рис. 1).
Рис. 1. Поведение разных тел в жидкости
Почему же это происходит? Рассмотрим, какие силы действуют на каждый брусок - это силы тяжести и выталкивающие силы - архимедовы (см. рис. 2).
Рис. 2. Действие сил на погруженные тела
Так как объемы этих тел одинаковы и жидкость, в которую они погружены, одна и та же, то значение выталкивающей силы будет одинаковой:
Бруски выполнены из разного материала, а значит, что при одном и том же объеме, но при различной плотности сила тяжести, действующая на железный брусок, будет больше, чем сила тяжести, действующая на деревянный брусок (см. рис. 3).
Рис. 3. Различие сил тяжести
Итак, поведение брусков в жидкости зависит от того, насколько отличаются силы тяжести и выталкивающие силы:
Теперь обратимся к математическим выражениям.
Подставим эти выражения в формулы для сил тяжести и архимедовых сил и увидим, что:
А может ли одно и то же тело тонуть в одной жидкости и плавать в другой? Проверим это экспериментально. Погрузим вареное яйцо в сосуд с водой (см. рис. 4).
Рис. 4. Вареное яйцо в жидкости
Яйцо тонет, но если добавить в воду соль и создать насыщенный раствор, то яйцо будет плавать на поверхности (см. рис. 5).
Рис. 5. Вареное яйцо в насыщенном растворе
То есть, когда плотности жидкостей различны, то чем больше эти плотности, тем больше выталкивающая сила и тело может плавать на поверхности одной жидкости и тонуть в другой. Подобного эффекта мы можем достичь, погрузившись в Мертвое море (см. рис. 6).
Рис. 6. Мертвое море
Плотность воды там составляет до . Человек может держаться на поверхности Мертвого моря, практически не прилагая для этого никаких усилий.
Большинство живых организмов, населяющих водную среду, имеет среднюю плотность, равную плотности воды. Именно это позволяет им плавать под водой. Особую роль играет плавательный пузырь. Изменяя его объем, рыбы могут плавать на разной глубине, так как они изменяют выталкивающую силу, действующую на них (см. рис. 7).
Рис. 7. Рыбы плавают на разной глубине благодаря плавательному пузырю
А где же используется подобное свойство в технике? Конечно, в судостроении. Корабли, выполненные из стали, прекрасно держатся на поверхности воды, а подобный кораблю кусок стали будет тонуть в той же самой воде. Итак, изменяя объем тела, можно добиться его плавучести.
Сегодня на занятии мы с вами разобрались, почему тела могут плавать или тонуть. Это зависит от соотношения силы тяжести и силы Архимеда. Так же можно сказать, что плавучесть тела будет зависеть от соотношения плотности тела и плотности жидкости.
Список литературы
- Ф.Я. Божинова, Н.М. Кирюхин, Е.А. Кирюхина Физика 7 кл.: Учебник. - Х.: Издательство «Ранок», 2007, 192 с.
- А.В. Перышкин. Физика 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений, 2-е издание, стереотипное. - М.: Дрофа, 2013. - 221 с.
- Интернет портал «class-fizika.narod.ru» ()
- Интернет портал «files.school-collection.edu.ru» ()
- Интернет портал «eduspb.com» ()
- Интернет портал «ru.solverbook.com» ()
- Интернет портал «двойкам-нет.рф» ()
Домашнее задание
- Что такое архимедова сила?
- Какое условие должно выполняться, чтобы тело плавало на поверхности воды? Тонуло?
- Сила тяжести, действующая на судно, равна 1000 кН. Какой объем воды вытесняет это судно, если оно держится на плаву?