Выталкивающая сила воды, Биология

Прежде чем говорить о силе Архимеда, нужно понять, что это вообще такое — сила.

В повседневной жизни мы часто видим, как физические тела деформируются (меняют форму или размер), ускоряются и тормозят, падают. В общем, чего только с ними не происходит! Причина любых действий или взаимодействий тел — ее величество сила.

Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на данное тело со стороны других тел. Сила измеряется в ньютонах — единице измерения, которую назвали в честь Исаака Ньютона.

Поскольку сила — величина векторная, у нее, помимо модуля, есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В этом случае результат выражается в направлении движения.

Выталкивающая сила воды, Биология

Открытие закона Архимеда

Так вышло, что закон Архимеда известен не столько своей формулировкой, сколько историей возникновения.

Легенда гласит, что царь Герон II попросил Архимеда определить, из чистого ли золота сделана его корона, при этом не причиняя вреда самой короне. То есть расплавить корону или растворить — нельзя.

Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало — нужно ведь определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита.

Рассчитать плотность металла, чтобы установить, золотая ли корона, можно по формуле плотности.

  • Формула плотности тела
  • ρ = m/V
  • ρ — плотность тела [кг/м3]
  • m — масса тела [кг]
  • V — объем тела [м3]

Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну — и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. Тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему.

Решение задачи было найдено и, согласно самой расхожей версии легенды, ученый закричал «Эврика!» и побежал докладывать о своей победе в царский дворец (и так торопился, что даже не оделся). ????????‍♂️

Формула и определение силы Архимеда для жидкости

На поверхность твердого тела, погруженного в жидкость, действуют силы давления. Эти силы увеличиваются с глубиной погружения, и на нижнюю часть тела будет действовать со стороны жидкости большая сила, чем на верхнюю.

Равнодействующая всех сил давления, действующих на поверхность тела со стороны жидкости, называется выталкивающей силой или силой Архимеда. Истинная причина появления выталкивающей силы — наличие различного гидростатического давления в разных точках жидкости.

Определение архимедовой силы для жидкостей звучит так:

Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, равна по модулю весу вытесненной жидкости и противоположно ему направлена.

  1. Формула архимедовой силы для жидкости
  2. FАрх = ρжgVпогр
  3. ρж — плотность жидкости[кг/м3]
  4. Vпогр — объем погруженной части тела [м3]
  5. g — ускорение свободного падения [м/с2]
  6. На планете Земля g = 9,8 м/с 2.

А теперь давайте порешаем задачки, чтобы закрепить, как вычислить архимедову силу.

Задача 1

В сосуд погружены три железных шарика равных объемов. Одинаковы ли силы, выталкивающие шарики? Плотность жидкости вследствие ничтожно малой сжимаемости на любой глубине считать примерно одинаковой.

Выталкивающая сила воды, Биология

Решение

Да, так как объемы одинаковы, а архимедова сила зависит от объема погруженной части тела, а не от глубины.

Задача 2

На графике показана зависимость модуля силы Архимеда FАрх, действующей на медленно погружаемый в жидкость кубик, от глубины погружения x. Длина ребра кубика равна 10 см, его нижнее основание все время параллельно поверхности жидкости. Определите плотность жидкости. Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с2.

Выталкивающая сила воды, Биология

  • Решение
  • Сила Архимеда, действующая на кубик, равна FАрх = ρжgVпогр.
  • Vпогр. — объем погруженной части кубика,
  • ρж — плотность жидкости.
  • Учитывая, что нижнее основание кубика все время параллельно поверхности жидкости, можем записать:
  • FАрх = ρжgV погр = ρжga 2x
  • где а — длина стороны кубика.
  • Выразим плотность:
  • ρ = FАрх / ga2x
  • Рассматривая любую точку данного графика, получим:
  • ρ = FАрхga2x = 20,25 / 10 × 7,5 × 10-2 = 2700 кг/м3
  • Ответ: плотность жидкости равна 2700 кг/м 3.

Условия плавания тел

Из закона Архимеда вытекают следствия об условиях плавания тел.

Погружение Плавание внутри жидкости Плавание на поверхности жидкости
Выталкивающая сила воды, Биология Выталкивающая сила воды, Биология Выталкивающая сила воды, Биология
ρж < ρт Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдет на дно. ρж = ρт Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа. ρж > ρт Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.
Корабль сделан из металла, плотность которого больше плотности воды. И, по идее, он должен тонуть. Но дело в том, что корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Если корабль получит пробоину, то пространство внутри заполнится водой — следовательно, общая плотность корабля увеличится. Судно утонет. В подводных лодках есть специальные резервуары, которые заполняют водой или сжатым воздухом. Если нужно уйти на глубину — водой, если подняться — сжатым воздухом. Рыбы используют такой же принцип в плавательном пузыре — наполняют его воздухом, чтобы подняться наверх. Человеку, чтобы не утонуть, тоже достаточно набрать в легкие воздух и не двигаться — вода будет выталкивать тело на поверхность. Именно поэтому важно не тратить силы и кислород в легких на панику и борьбу, а расслабиться и позволить физическим законам сделать все за нас.

На самом деле тут все очень похоже на жидкости. Начнем с формулировки закона Архимеда:

Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в газ, равна по модулю весу вытесненного газа и противоположно ему направлена.

  1. Формула архимедовой силы для газов
  2. FАрх = ρгgVпогр
  3. ρг — плотность газа [кг/м3]
  4. Vпогр — объем погруженной части тела [м3]
  5. g — ускорение свободного падения [м/с2]
  6. На планете Земля g = 9,8 м/с 2.

Сила Архимеда для газов действует аналогично архимедовой силе для жидкостей. Давайте убедимся в этом, решив задачку.

Задача

Груз какой максимальной массы может удерживать воздушный шар с гелием объема 0,3 м3, находясь в атмосфере Земли? Плотность воздуха равна 1,3 кг/м 3. Гелий считать невесомым.

  • Решение
  • Подставляем значения и получаем:
  • FАрх = ρгgVпогр = 1,3 × 10 × 0,3 = 0,39 Н
  • По второму закону Ньютона для инерциальных систем отсчета:
  • FАрх = mg
  • Выражаем массу груза и подставляем значения:
  • m = FАрх / g = 0,39 / 10 = 0, 039 кг = 39 кг
  • Ответ: груз максимальной массы 39 г может удержать данный шарик с гелием.

Когда сила Архимеда не работает

Архимедова сила не работает лишь в трех случаях:

  1. Невесомость. Главное условие возникновения Архимедовой силы — это наличие веса у среды. Если мы находимся в невесомости, холодный воздух не опускается, а горячий, наоборот, не поднимается.

  2. Тело плотно прилегает к поверхности. Отсутствие газа или жидкости между поверхностью и телом свидетельствует об отсутствии выталкивающей силы — телу просто неоткуда выталкиваться.

  3. Растворы и смеси. Если взять спирт, плотность которого меньше плотности воды, и смешать его с водой, получится раствор. На него не будет действовать сила Архимеда, несмотря на то, что плотность спирта меньше плотности воды — он просто растворится.

Бесплатный марафон: как самому создавать игры, а не только играть в них (◕ᴗ◕)

Выталкивающая сила воды – биология – Я Биолог

Выталкивающая сила воды, Биология

Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна весу вытесненной им жидкости.

«Эврика!» («Нашел!») — именно этот возглас, согласно легенде, издал древнегреческий ученый и философ Архимед, открыв принцип вытеснения.

Легенда гласит, что сиракузский царь Герон II попросил мыслителя определить, из чистого ли золота сделана его корона, не причиняя вреда самому царскому венцу.

Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало — нужно было определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита, и определить, чистое ли это золото.

Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну — и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся.

И тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему.

Решение задачи было найдено и, согласно самой расхожей версии легенды, ученый побежал докладывать о своей победе в царский дворец, даже не потрудившись одеться.

Однако, что правда — то правда: именно Архимед открыл принцип плавучести. Если твердое тело погрузить в жидкость, оно вытеснит объем жидкости, равный объему погруженной в жидкость части тела.

Давление, которое ранее действовало на вытесненную жидкость, теперь будет действовать на твердое тело, вытеснившее ее. И, если действующая вертикально вверх выталкивающая сила окажется больше силы тяжести, тянущей тело вертикально вниз, тело будет всплывать; в противном случае оно пойдет ко дну (утонет).

Читайте также:  Воздух как часть наземно-воздушной среды обитания организмов, биология

Говоря современным языком, тело плавает, если его средняя плотность меньше плотности жидкости, в которую оно погружено.

Закон Архимеда можно истолковать с точки зрения молекулярно-кинетической теории. В покоящейся жидкости давление производится посредством ударов движущихся молекул.

Когда некий объем жидкости вымещается твердым телом, направленный вверх импульс ударов молекул будет приходиться не на вытесненные телом молекулы жидкости, а на само тело, чем и объясняется давление, оказываемое на него снизу и выталкивающее его в направлении поверхности жидкости.

Если же тело погружено в жидкость полностью, выталкивающая сила будет по-прежнему действовать на него, поскольку давление нарастает с увеличением глубины, и нижняя часть тела подвергается большему давлению, чем верхняя, откуда и возникает выталкивающая сила. Таково объяснение выталкивающей силы на молекулярном уровне.

Такая картина выталкивания объясняет, почему судно, сделанное из стали, которая значительно плотнее воды, остается на плаву. Дело в том, что объем вытесненной судном воды равен объему погруженной в воду стали плюс объему воздуха, содержащегося внутри корпуса судна ниже ватерлинии.

Если усреднить плотность оболочки корпуса и воздуха внутри нее, получится, что плотность судна (как физического тела) меньше плотности воды, поэтому выталкивающая сила, действующая на него в результате направленных вверх импульсов удара молекул воды, оказывается выше гравитационной силы притяжения Земли, тянущей судно ко дну, — и корабль плывет.

Источник:

Архимедова сила. 7 класс. Физика. – Объяснение нового материала

Выталкивающая сила воды, Биология

СИЛА АРХИМЕДА

Зависимость давления в жидкости или газе от глубины погружения тела приводит к появлению выталкивающей силы (или иначе силы Архимеда ), действующей на любое тело, погруженное в жидкость или газ.

Архимедова сила направлена всегда противоположно силе тяжести, поэтому вес тела в жидкости или газе всегда меньше веса этого тела в вакууме. Величина Архимедовой силы определяется по закону Архимеда.

Закон назван в честь древнегреческого ученого Архимеда, жившего в 3 веке до нашей эры.

Открытие основного закона гидростатики – крупнейшее завоевание античной науки. Закон Архимеда, впервые был упомянут им в трактате ” О плавающих телах”.

Архимед писал: ” тела более тяжелые, чем жидкость, опущенные в эту жидкость, будут опускаться пока не дойдут до самого низа, и в жидкости станут легче на величину веса жидкости в объеме, равном объему погруженного тела”. Еще одна формула для определения Архимедовой силы:

ИНТЕРЕСНО, что сила Архимеда равна нулю, когда погруженное в жидкость тело плотно, всем основанием прижато ко дну.

Доказательство закона Архимеда для тела произвольной формы.

Мы уже знаем, что сила Архимеда — это равнодействующая сил давления жидкости на все участки тела. На рис. 1, а схематически изображены силы, действующие на участки одинаковой площади для тела произвольной формы. С увеличением глубины эти силы увеличиваются — поэтому равнодействующая всех сил давления и направлена вверх.

Рис.1. К доказательству закона Архимеда для тела произвольной формы

Заменим теперь мысленно погруженное в жидкость тело этой же жидкостью, которая «отвердела», сохранив свою плотность (рис. 1, б). На это «тело» будет действовать такая же сила Архимеда, что и на данное тело: ведь поверхность этого «тела» совпадает с поверхностью выделенного объема жидкости, а силы давления на различные участки поверхности остались такими же.

Выделенный объем жидкости, «плавая» внутри той же жидкости, находится в равновесии.

Значит, действующие на него сила тяжести Fт и сила Архимеда FA уравновешивают друг друга, то есть равны по модулю и направлены противоположно (рис. 1, в).

Для покоящегося тела сила тяжести равна весу — значит, сила Архимеда равна весу выделенного объема жидкости. А это и есть объем погруженной части тела: ведь именно его мы мысленно заменяли жидкостью.

Итак, мы доказали, что на тело произвольной формы действует сила Архимеда, равная по модулю весу жидкости в объеме, занятом телом.

Проведенное доказательство — пример мысленного эксперимента. Это излюбленный прием рассуждений многих ученых. Особенно любил мысленные эксперименты Галилей.

Но выводы, полученные в результате мысленного эксперимента, надо обязательно проверить на настоящем эксперименте: ведь при рассуждениях и допущениях, неизбежных в любом мысленном эксперименте, можно допустить ошибку.

Поэтому мы не ограничимся приведенным теоретическим доказательством закона Архимеда и проверим его на столь же красивом опыте.

Поставим опыт

Подвесим к пружине пустое ведерко (его называют ведерком Архимеда), а к нему — небольшой камень произвольной формы (рис.2,а).

Отметим удлинение пружины и подставим под камень сосуд, в который налита вода до уровня отливной трубки (рис.2,б). При полном погружении камня вытесненная им вода выльется по отливной трубке в стакан.

  Учение вернадского о биосфере – биология

Мы заметим, что удлинение пружины, благодаря действию выталкивающей силы, уменьшилось.

Рис. 2. Опыт показывает, что сила Архимеда равна весу воды, вытесненной телом

Выльем теперь вытесненную камнем воду из стакана в ведерко Архимеда — этим мы добавим к весу камня как раз вес вытесненной им воды. И мы увидим, что удлинение пружины стало таким же, каким оно было до погружения камня в воду (рис. 2, в). Значит, сила Архимеда действительно равна по модулю весу вытесненной камнем воды!

Если мы повторим опыт, погрузив камень в воду лишь частично, то увидим, что и в этом случае сила Архимеда равна по модулю весу вытесненной камнем воды.

Домашняя работа

Задание 1. Ответь на вопросы.

  1. Сформулируйте закон Архимеда.
  2. Какова природа силы Архимеда?
  3. Действует ли сила Архимеда на тело, которое тонет в воде? Если да, то почему тогда тело тонет?
  4. Плотность тела определяется взвешиванием его в воздухе и в воде. При погружении небольшого тела в воду на его поверхности удерживаются пузырьки воздуха, из-за которых получается ошибка в определении плотности. Больше или меньше получается при этом значение плотности?
  5. Какое заключение можно сделать о величине архимедовой силы, проводя соответствующие опыты на Луне, где сила тяжести в шесть раз меньше, чем на Земле?

Задание 2. Реши ребус.

Источник:

Презентация на тему “Выталкивающая сила воды”

Выталкивающая сила воды, Биология

  • Скачать презентацию (0.32 Мб)
  • 4 загрузки
  • 0.0 оценка
  • ВКонтакте

Парадокс закона Архимеда

Существуют две разные формулировки закона Архимеда: “выталкивающая сила равна весу жидкости в объёме погружённой части тела” и “выталкивающая сила равна весу вытесненной телом жидкости”.

На первый взгляд кажется, что эти формулировки эквивалентны, ведь объём вытесненной жидкости равен погружённому объёму. Но на самом деле это абсолютно неверно.

Чтобы понять почему, взглянем на рисунок.

Выталкивающая сила воды, Биология

В стакан с водой мы опускаем кубик льда. Красной пунктирной линией обозначен старый уровень воды, жёлтой — новый. Зелёным заштрихован вытесненный объём, фиолетовым — погружённый, а оранжевым — тот объём льда, который погружён ниже красной линии.

Поскольку вода несжимаема, ясно, что зелёный объём равен оранжевому. Но как видно из рисунка, оранжевый объём является частью фиолетового. Фиолетовый объём намного больше оранжевого. А поскольку оранжевый равен зелёному, фиолетовый больше зелёного.

Это означает, что погружённый объём больше вытесненного.

Нетрудно понять, что объём погружённой части всегда будет больше или равен вытесненному. Ведь вытесненный объём равен тому объёму тела, который погружён ниже старого уровня жидкости, а он, в свою очередь, является частью общего погружённого объёма. Значит, вытесненный объём будет равен погружённому только в том случае, когда вся погружённая часть тела находится ниже старого уровня жидкости.

Но если погружённый и вытесненный объёмы не равны, возникает вопрос: какая же формулировка закона Архимеда верна? Чтобы ответить на него, вспомним, как выводится закон Архимеда.

Выталкивающая сила воды, Биология

Вернёмся ко льду в воде. Пусть он погружён на глубину h. В любой точке на этой глубине давление равно ρgh, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, h — глубина. По закону Паскаля давление передаётся без изменений во всех направлениях.

Таким образом, это давление жидкость оказывает на нижнюю грань кубика. Пусть её площадь равна S. Тогда сила давления на нижнюю грань кубика равна ρghS = ρgV, где V — объём погружённой части кубика (V = hS). Эта сила и есть выталкивающая.

Таким образом, получается, что выталкивающая сила равна весу жидкости в объёме погружённой части тела, а вовсе не весу вытесненной жидкости.

  • Из всего вышесказанного также следует, что водоизмещение корабля совсем не обязательно будет равно его массе (если под водоизмещением мы подразумеваем массу вытесненной воды). Поскольку корабль не тонет, сила тяжести, действующая на него, равна силе архимеда:
  • mg = ρgV (m — масса корабля, g — ускорение свободного падения, ρ — плотность воды, V — погружённый объём).
  • Разделив это уравнение на g, получим
  • m = ρV.
  • Обозначим объём вытесненной воды как Vвыт. Поскольку
  • Vвыт ≤ V,
  • то
  • ρVвыт ≤ ρV ⇔ ρVвыт ≤ m.

Но ρVвыт — это масса вытесненной воды, то есть, водоизмещение. Следовательно, водоизмещение меньше или равно массе корабля.

Ситуацию, когда водоизмещение меньше массы корабля, проще всего наблюдать, когда корабль плавает в тесном доке. Даже если масса воды в доке меньше массы корабля, он всё равно не будет касаться дна, несмотря на то, что не будет вытеснять воду с массой, равной своей.

Читайте также:  Закономерности наследования

Сила Архимеда: формула и суть закона силы Архимеда в жидкостях и газах, как действует сила Архимеда

Гениальный учёный Архимед, живший в древнегреческих Сиракузах в III веке до нашей эры, прославился среди современников как создатель оборонительных машин, способных перевернуть боевой корабль.

Другое его изобретение, «Архимедов винт», по сей день остаётся важнейшей деталью гигантских буровых установок и кухонных мясорубок.

Мир обязан Архимеду революционными открытиями в области оптики, математики и механики.

Его личность окутана легендами, порой весьма забавными. С одной из них мы и начнём нашу статью.

«Эврика!» Открытие закона Архимеда

Однажды царь Сиракуз Гиерон II обратился к Архимеду с просьбой установить, действительно ли его корона выполнена из чистого золота, как утверждал ювелир. Правитель подозревал, что мастер прикарманил часть драгоценного металла и частично заменил его серебром.

В те времена не существовало способов определить химический состав металлического сплава. Задача поставила учёного в тупик. Размышляя над ней, он отправился в баню и лёг в ванну, до краёв наполненную водой. Когда часть воды вылилась наружу, на Архимеда снизошло озарение. Такое, что учёный голышом выскочил на улицу и закричал «Эврика!», что по-древнегречески означает «Нашёл!».

Выталкивающая сила воды, Биология

Он предположил, что вес вытесненной воды был равен весу его тела, и оказался прав.

Явившись к царю, он попросил принести золотой слиток, равный по весу короне, и опустить оба предмета в наполненные до краёв резервуары с водой. Корона вытеснила больше воды, чем слиток.

При одной и той же массе объём короны оказался больше, чем объём слитка, а значит, она обладала меньшей плотностью, чем золото. Выходит, царь правильно подозревал своего ювелира.

Так был открыт принцип, который теперь мы называем законом Архимеда:

На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела

Эта выталкивающая сила и называется силой Архимеда.

Формула силы Архимеда

На любой объект, погружённый в воду, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Таким образом, вес объекта, погружённого в воду, будет отличаться от его веса в воздухе в меньшую сторону. Разница будет равна весу вытесненной воды.

Чем больше плотность среды — тем меньше вес. Именно поэтому погрузившись в воду, мы можем легко поднять другого человека. 

Выталкивающая сила зависит от трёх факторов:

  • плотности жидкости или газа (p);
  • ускорения свободного падения (g);
  • объёма погружённой части тела (V).

Выталкивающая сила

  • Участник: Грибкова Елизавета Евгеньевна   
  • Руководитель: Виноградова Елена Анатольевна   

         Материал по теме: “Выталкивающая сила”

Скоро лето и нас ждет солнце и вода.

В воде можно наблюдать интересное явление, теперь я знаю, что это физическое явление. Я давно заметила, что тела в воде становятся легче.

Оказывается, на все тела в воде и газе действует выталкивающая или архимедова сила.

  • Если бы не выталкивающая сила, то мы не смогли бы плавать, мы бы просто тонули, из-за наличия этой силы наш вес или вес других предметов при погружении в жидкость становится меньше.
  • Выталкивающая сила названа в честь древнегреческого ученого Архимеда, который впервые указал на ее существование и рассчитал ее значение: сила, выталкивающая тело, целиком погруженное в жидкость или газ, равна весу жидкости или газа в объеме этого тела.
  • Существует легенда об Архимеде, которая гласит: царь Гиерон хотел убедиться в том, что его корона состоит из настоящего золота и этим занялся Архимед.

Жил в Сиракузах мудрец Архимед. Был другом царя Гиерона. Какой у царя самый важный предмет? Вы все догадались – корона! Захотелось Гиерону Сделать новую корону. Золота отмерил строго. Взял не мало и не много – Сколько нужно – в самый раз. Ювелиру дал заказ. … И царю узнать охота: Честно ль сделана работа? Не желал терпеть урон Гиерон. И позвал он Архимеда…

Началась у них беседа.

Архимед много думал как измерить плотность материала, из которого сделана корона, чтобы убедиться в том, что она из чистого золота. Чтобы вычислить плотность нужно знать массу и объем короны. Массу легко измерить с помощью рычажных весов, а измерить объем тела сложной формы (короны) не умели.

Тогда ученый взял чашу с водой, опустил туда слиток золота и из чаши вылилось столько воды, сколько весит слиток золота.

После чего опустил в воду слиток серебра (слитки весили столько же сколько и корона) и заметил что воды вылилось больше, затем он опустил в воду корону и тогда воды вылилось столько же сколько вылилось при погружении в воду серебряного слитка.

Так он узнал, что корона была сделана не из чистого золота, а с примесью серебра. Таким же способом мы можем вычислить объем и вес своего тела.

Эта задача побудила Архимеда заняться вопросом о плавании тел. В своей работе «О плавающих телах» ученым сформулировано: тела, которые тяжелее жидкости, будучи опущены в нее, погружаются все глубже, пока не достигнут дна, и, пребывая в жидкости, теряют в своем весе столько, сколько весит жидкость, взятая в объеме тел.

Становится понятно, почему одни тела тонут, другие плавают внутри жидкости, третьи всплывают на поверхность. Это зависит от силы тяжести, действующей на тело и от выталкивающей силы.

Архимедова сила и её значение в жизни человека | Творческие проекты и работы учащихся

⁠ МАОУ “Гимназия №1” г.Бугуруслан

В процессе работы над индивидуальным проектом по физике “Архимедова сила и её значение в жизни человека” ученица 10 класса школы провела исследование истории Архимедовой силы, изучила биографию Архимеда, а также рассмотрела легенды, создаваемые вокруг имени ученого.

Подробнее о проекте:

В ученической исследовательской работе по физике “Архимедова сила и её значение в жизни человека” автор выясняет интересные факты об Архимеде и дает развернутое определение его закона, объясняет, в чем заключается значимость этого закона в жизни человека. Практическая часть проекта сконцентрирована на изучении основного закона гидростатики – закона Архимеда. Автор рассматривает действие этой силы на поведение тела, погруженного в жидкость.

В готовом творческом и исследовательском проекте по физике “Архимедова сила и её значение в жизни человека” автор определяет роль силы Архимеда в жизни организмов, рассказывает про мертвое море и выталкивающую силу и проводит анкетирования по теме исследования среди учащихся, по результатом которого можно сделать вывод о том, насколько школьники осведомлены о законе Архимеда и применяют свои знания в жизни.

Оглавление

Введение
1.  История Архимедовой силы и биография Архимеда.
1.1. Биография Архимеда.
1.2. Легенды, создаваемые вокруг имени ученого.
1.3. Теоретическая часть.
1.4. Интересные факты про Архимеда и его закон.
2.

  Значимость закона Архимеда в жизни.
2.1. Роль силы Архимеда в жизни организмов.
2.2. Про мертвое море и выталкивающую силу.
3. Проведение анкетирования среди учащихся.
3.1. Результаты анкетирования среди одноклассников.

3.2. Результаты проведенного теста на тему «Выталкивающая сила».

3.3. Обобщение результатов.
Заключение

Список литературы

Актуальность работы. Если внимательно присмотреться к окружающему миру, то можно открыть для себя множество событий, происходящих вокруг. С этими явлениями мы встречаемся ежедневно, и с каждым из явлений связан определенный закон, которому оно будет подчиняться и действовать, но чаще всего мы не задумываемся об этом.

Об одном из таких законов и пойдет речь в моей исследовательской работе. Это закон Архимеда.

Проблема. У большинства людей не возникает интереса к Архимедовой силе и пониманию о ее пользе для нас, так же многие ученики сталкиваются с проблемой понимания и усвоения материала по закону Архимеда.

Цель работы: Сконцентрировать внимание на основном законе гидростатики – законе Архимеда. Рассмотреть действие этой силы на поведение тела, погруженного в жидкость.

Задачи работы:

  1. Изучить литературу по теме исследования.
  2. Рассмотреть историю архимедовой силы и биографию Архимеда.
  3. Провести анкетирование и опрос одноклассников с целью выявления их отношения к Архимедовой силе для нашей жизни.  

Методы изучения

  1. Научно-поисковый – сбор информации об Архимедовой силе
  2. Анкетирование (с целью выявления отношения респондентов к цели исследования)
  3. Изучение литературных источников

Практическая значимость. Вызвать интерес к закону Архимеда, к его значимости в нашей жизни; заинтересовать в изучении данного закона.

Архимед — древнегреческий математик, физик инженер из Сиракуз, греческой колонии на острове Сицилия. Сведения о жизни Архимеда оставили нам многие древнегреческие писатели и историки (Полибий, Тит Ливий, Цицерон, Плутарх, Витрувий и другие).

Отцом Архимеда был математик и астроном Фидий, состоявший, как утверждает Плутарх, в близком родстве с Гиероном II. Отец привил сыну любовь к математике, механике и астрономии.

Для обучения Архимед отправился в Александрию – научный и культурный центр Египта. Большую часть своей жизни провёл в родном городе Сиракузы.

Где и был убит при захвате города воинами Марцелла во время Второй Пунической войны.

Уже при жизни Архимеда вокруг его имени создавались легенды, поводом для которых служили его поразительные изобретения. Известна легенда об Архимеде и золотой короне. Царь Гиерон поручил ему проверить честность мастера, изготовившего золотую корону.

Читайте также:  Многообразие земноводных

Хотя корона весила столько, сколько было отпущено на неё золота, царь заподозрил, что она изготовлена из сплава золота с более дешёвыми металлами. Архимеду было поручено узнать есть ли в короне примесь. Много дней мучила Архимеда эта задача.

И вот однажды, находясь в бане, он погрузился в наполненную водой ванну, и его внезапно осенила мысль, давшая решение задачи.

Архимед заказал два слитка — один из золота, другой из серебра, равные весу короны. Каждый слиток он погружал поочерёдно в сосуд, доверху наполненный водой. Архимед заметил, что при погружении слитка из серебра воды вытекает больше.

Затем он погрузил в воду корону и обнаружил, что воды вылито больше, чем при погружении золотого слитка, а ведь он был равен весу короны. По объёму вытесненной жидкости Архимед определил, что корона была изготовлена не из чистого золота, а с примесью серебра.

Тем самым мастер был изобличён в обмане.

Задача о золотой короне побудила Архимеда заняться вопросом о плавании тел.

Закон Архимеда, впервые были им упомянут в трактате «О плавающих телах».  Архимед написал: “Тела, которые тяжелее жидкости, будучи опущены в неё, погружаются всё глубже, пока не достигают дна, и, пребывая в жидкости, теряют в своём весе столько, сколько весит жидкость, взятая в объёме тел”.

В науку гидростатику это открытие вошло как закон Архимеда.

Архимедова сила направлена всегда противоположно силе тяжести. Она равна нулю, если погруженное в жидкость тело плотно, всем основанием прижато ко дну.

На тело, находящееся в жидкости или газе, в обычных земных условиях действуют две противоположно направленные силы: сила тяжести и архимедова сила: — сила тяжести, — сила Архимеда.

Если сила тяжести по модулю больше архимедовой силы (Fт > FА), то тело опускается вниз – тонет.

Если модуль силы тяжести равен модулю архимедовой силы (Fт = FА), то тело может находиться в равновесии на любой глубине ( тело плавает в жидкости или газе).

Если архимедова сила больше силы тяжести (Fт < FА), то тело поднимается вверх – всплывает до тех пор, пока не начнет плавать .

Архимедова сила больше силы тяжести, если плотность жидкости больше плотности погруженного в жидкость тела: ρ1 — плотность тела, ρ2 — плотность среды, в которую погрузили тело. ρ1 = ρ2 — тело плавает в жидкости или газе, ρ1 > ρ2 — тело тонет, ρ1 < ρ2 — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Примечание

  • Закон Архимеда не работает в состоянии невесомости
  • Роль силы Архимеда в жизни организмов
  • Именно Архимед изготовил первый в мире планетарий.

Знаменитое устройство «архимедов винт» было изобретено им ещё в юности, и оно нашло своё применение в ирригации полей. Архимедов винт и по сей день применяется с этой целью в некоторых странах.

  • Архимед первым выдвинул идеи касательно измерения расстояния до других небесных тел. И это за много сотен лет до Коперника и Галилея, отстаивавших гелиоцентрическую систему мира
  • Архимед изобрёл способ решения кубических уравнений.
  • Понятие «центр тяжести» было введено в науку именно Архимедом.

Плотность живых организмов, обитающих в водной среде, очень мало отличается от плотности воды, поэтому их вес полностью уравновешивается архимедовой силой. Благодаря этому водные животные не нуждаются в столь массивных скелетах, как наземные.

Например: кит дышит лёгкими, и регулирует глубину своего погружения за счёт уменьшения и увеличения объёма лёгких, но, попадая случайно на сушу, не проживает и часу. Масса кита достигает 90-100 т. В воде эта масса частично уравновешивается силой Архимеда.

На суше у кита под действием столь огромной массы сжимаются кровеносные сосуды, из-за чего он погибает.

Интересна роль плавательного пузыря у рыб. Это единственная часть тела рыбы, обладающая заметной сжимаемостью; сжимая пузырь усилиями грудных и брюшных мышц, рыба меняет объем своего тела и тем самым среднюю плотность, благодаря чему она может в определенных пределах регулировать глубину своего погружения.

У берегов Египта, водится удивительная рыба фагак. При опасности фагак быстро заглатывать воду. При этом в пищеводе рыбы происходит бурное разложение продуктов питания с выделением значительного количества газов.

Газы заполняют не только действующую полость пищевода, но и имеющийся при ней слепой вырост. В результате тело фагака сильно раздувается, и, в соответствии с законом Архимеда, он быстро всплывает на поверхность водоема.

После этого сила тяжести опускает его на дно водоема.

Многие водные растения сохраняют вер­тикальное положение, несмотря на чрезвычайную гибкость их стеблей, потому, что на концах их разветвлений заключены крупные пузыри воздуха, играющие роль поплавков.

«Мертвое море»- Бессточное соленое озеро на Ближнем Востоке, является одним из самых соленых на Земле.

Из Мертвого моря не вытекает ни единой реки, зато оно само вбирает в себя воды реки Иордан, впадающей в него с севера, и множество маленьких ручьев, стекающих со склонов окружающих холмов. В результате этого в его водах создалась необычайно высокая концентрация минеральных солей.

В мертвом море очень сложно утонуть ил хотя бы нырнуть, а все потому что в нем содержится такое количество солей, что ρ1 < ρ2 ( плотность воды выше, чем плотность тела, погруженного в жидкость).

Проведение анкетирование на тему: «Выталкивающая сила. Закон архимеда.» в соц. Сети ВК.

Анкета содержала 3 вопроса: Первый вопрос: «Знаете ли вы, что такое закон Архимеда и можете ли вы его сформулировать?» Ответ: На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу тому количеству жидкости или газа, которое вытеснено погруженной частью тела Второй вопрос: «Запишите 3 формулы, которые будут подходить к плавающему телу на поверхности, внутри жидкости или утонувшего тела

Ответ: . ρ1 = ρ2 — тело плавает в жидкости или газе, ρ1 > ρ2 — тело тонет, ρ1 < ρ2 — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Третий вопрос: «Какие изобретения изобрел ученый Архимед?» Ответ: Архимед изобрел кохлею (Архимедов винт), катапульту, планетарий, Коготь Архимеда, Поджигающие зеркала, Одометр, Произвел улучшение рычага.

(если анкетируемый напишет хотя бы одно из изобретений, то задание будет считаться выполненным).

Результаты анкетирования: Было проанкетировано 19 учащихся 10 класса, среди которых: На все вопросы смогли верно ответить 75% учащихся класса. Только на два вопроса верно ответили 20% учащихся класса. Только на один вопрос верно смогли ответить 5% учащихся класса.  

Так же в моем классе был проведен тест на тему «Выталкивающая сила. Закон Архимеда.»

  1. Тест содержал 4 заданий с 3 вариантами ответа:
  2. 1) Архимедову силу рассчитывают по формуле:
    а) р = gρh
    б) F = pS
    в) F = gρжVт
  3. Ответ: в)
  4. 2) Действует ли архимедова сила на тела, находящиеся в воздухе?
    а) Нет, она действует только в воде
    б) Да, так как воздух — газ
  5. в) Среди ответов нет верного
  6. Ответ: б)
  7. 3) По какой формуле можно рассчитать архимедову силу, дей­ствующую в газе?
    а) F = gρгVт
    б) F = gρhS
    в) F = gρжVт
  8. Ответ: а)
  9. 4) Архимедова сила зависит от:
  10. а) глубины погружения тела в жидкость
    б) веса тела в) объёма тела
  11. Ответ: в)
  12. Результаты Тестирования:
  13. Было протестировано 19 учащихся 10 класса, среди которых:

На все вопросы смогли ответить 60% учащихся. На три вопроса смогли ответить 20% учащихся. На два вопроса смогли ответить 10% учащихся. На один вопрос смогли ответить 10% учащихся.  

  • В ходе обобщения результатов было выявлено, что 67% учащихся хорошо ознакомлены с данной темой, смогли ответить на большинство заданных вопросов и пройти тестирование с удовлетворительным результатом.
  • Другие 23% знакомы с данной темой, но им следует до конца  ознакомиться с ней Оставшиеся 5% не знакомы с основным законом гидростатики
  • Данная работа может помочь лучше понять основной закон гидростатики, научиться определять архимедову силу на физических опытах, проверить свои знания и узнать что-нибудь новое в данной теме.
  • Данный проект помогает понять, что многие задачи на закон Архимеда можно решать как теоретически, так и практически.

Я считаю, что исследовательская работа может быть использована для более подробного изучения Архимедовой силы, углубления и более масштабного изучения школьной программы, которые связаны с этим законом. Так же данная работа может быть полезна учащимся для сдачи ОГЭ, ЕГЭ, школьных контрольных и проверочных работ.

  1. Физика: Справ. материалы: Учебное пособие для учащихся.
  2. А.П. Перышкин. Физика. 7 класс. Москва «Дрофа», 2006 г.
  3. Каган В.Ф., Архимед. Краткий очерк о жизни и творчестве, М.-Л., 1951.
  4. Лурье С.Я., Архимед, М.-Л., 1945.
  5. Сергей Викторович Житомирский. Архимед: Пособие для учащихся. – М.: Просвещение, 1981.
  6. Смышляев В.К. О математике и математиках. – Йошкар-Ола: Наука, 1977.

Если страница Вам понравилась, поделитесь в социальных сетях:

Ссылка на основную публикацию