forță Arhimede (flotabilitate) - iii competiția internațională pentru R &

Actualitate: Dacă te uiți atent la lumea din jurul lor, puteți descoperi mai multe evenimente care au loc în jurul lor. Din cele mai vechi timpuri, omul este înconjurat de apă. Când am înota în ea, atunci corpul nostru împinge pe suprafața unor forțe. M-am pus și eu întrebarea: „De ce plutitorul corpul sau chiuveta? Apa împinge lucrurile? "

Cercetarea mea are drept scop aprofundarea cunoștințelor obținute în clasă a forței lui Arhimede. Răspunsuri la întrebările mele prin folosirea experienței, observarea realității înconjurătoare, de a efectua propriile experimente și să explice rezultatele lor, care va spori cunoștințele pe această temă. Toate științele sunt legate. Un obiectiv general de studiu în științele - o persoană „plus“ natura. Sunt încrezător că activitățile de cercetare ale forței lui Arhimede astăzi este importantă.

Ipoteză: Sunt presupunând că acasă puteți calcula forța dinamică care acționează asupra unui corp scufundat într-un fluid și de a determina dacă acesta depinde de proprietățile fluidului, volumul și forma corpului.

Obiectul de studiu: flotabilitate în lichide.

Obiectiv: Se calculează cantitatea de flotabilitate care acționează asupra unui corp scufundat într-un fluid.

- explora istoria deschiderii forței lui Arhimede;

- explora literatura de învățământ cu privire la acțiunea forței lui Arhimede;

- dezvolte abilitățile de auto-experiment;

- pentru a dovedi că valoarea flotabilitate depinde de densitatea lichidului.

1. Deschiderea forței Arhimede

Există o legendă celebru despre modul în care Arhimede rulează în jos pe stradă strigând „Evrika!“ Doar spune povestea descoperirea faptului că flotabilitatea apei este egală cu greutatea modulo de apă dislocuit de ei, cantitatea de care este egală cu volumul unui corp scufundat în ea. Această descoperire se numește legea lui Arhimede.

În secolul III î.Hr. a trăit Hieron - rege al orașului antic grecesc din Siracuza, și a vrut să facă o nouă coroană de aur pur. El a măsurat strict după cum este necesar, și a dat ordinul de la bijutier. O lună mai târziu, comandantul a revenit la aurul sub forma unei coroane și cântărit la fel de mult și o mulțime de aur. Dar orice se poate întâmpla și Master ar putea ieftin prin adăugarea de argint sau mai rău - cupru, deoarece ochiul nu poate spune diferenta, iar masa a fost, ceea ce ar trebui să fie. Și regele învăța de vânătoare: o muncă cinstită făcut nu-i așa? Și apoi a întrebat omul de știință Arhimede, a verifica dacă aur pur la făcut să-l maestru al coroanei. După cum se știe, greutatea corpului este egală cu produsul dintre densitatea materialului din care este făcut corpul, prin volumul său. În cazul în care diferitele organisme de aceeași greutate, dar ele sunt realizate din substanțe diferite, aceasta înseamnă că ei vor avea o sumă diferită. În cazul în care comandantul nu este returnat la regele de bijuterii a făcut coroana, cantitatea de care nu poate fi determinată din cauza complexității sale, și la fel în formă de o bucată de metal, ceea ce ia dat regelui dintr-o dată, ar fi clar pentru a se amesteca într-un alt metal sau nu. Și de a lua o baie, Arhimede a observat că apa turnat din ea. El a suspectat că ea se revarsă în măsura în care un volum ocupat de corpul său, scufundat în apă. Și Arhimede am dat seama că volumul coroanei poate fi determinată de volumul de apă deplasat prin ea. Ei bine, dacă se poate măsura volumul coroanei, acesta poate fi comparat cu cantitatea de bucăți de aur, de greutate egală. Arhimede coroană cufundat în apă și se măsoară ca volum sporit de apă. De asemenea, el a plonjat în apă o bucată de aur, a cărui greutate a fost aceeași ca și cea a coroanei. Apoi a măsurat ca volumul crescut de apă. Volumul de apă dislocat în cele două cazuri au fost diferite. Astfel, comandantul a fost condamnat pentru fraudă, iar știința a fost îmbogățit cu o descoperire remarcabila.

Istoria ne spune că problema coroanei de aur a condus Arhimede pentru a aborda problema corpurilor de înot. Experimentele efectuate de Arhimede, au fost descrise în cartea „Despre corpurile plutitoare“, care a venit la noi. Suma licitată a șaptea (teorema) din această compoziție este formulată de Arhimede urmează: un corp mai greu decât lichidul a scăzut în acest lichid va scădea până când ajung chiar în partea de jos, iar lichidul va fi mai ușor de valoare în greutate lichid într-un volum egal cu volumul corpului scufundat.

Interesant, forța lui Arhimede este zero, atunci când corpul este cufundat într-un fluid de strâns în jurul bazei este apăsat în partea de jos.

Descoperirea legii de bază a hidrostaticii - cel mai mare câștig al științei antice.

2. Formularea și explică principiul lui Arhimede

Legea lui Arhimede descrie efectul lichidelor și gazelor sunt scufundate în organism, și este una dintre legile de bază ale hidrostaticii și staticii de gaze.

legea lui Arhimede este formulat după cum urmează: un corp scufundat într-un fluid (sau gaz), forța de împingere egală cu greutatea fluidului (sau gazul) în volumul părții imersate a corpului - această forță se numește forța lui Arhimede.

unde - densitatea lichidului (gaz), - accelerația gravitațională, - volumul părții imersate a corpului (sau o parte a volumului corp, situate sub suprafața).

Prin urmare, forța de flotabilitate depinde doar de densitatea lichidului în care este scufundat corpul, iar volumul corpului. Dar nu depinde, de exemplu, pe densitatea substanței corpului, cufundat în lichid, deoarece această valoare nu este inclusă în această formulă.

Trebuie remarcat faptul că organismul ar trebui să fie complet înconjurat de lichid (sau se intersectează cu suprafața lichidului). De exemplu, principiul lui Arhimede nu poate fi aplicat la cub, care se află pe partea de jos a rezervorului, atingând bine în partea de jos.

3. Determinarea forței Arhimede

Forța cu care un corp în fluidul, este împins de către acesta, poate fi determinată experimental folosind acest dispozitiv:

O găleată mică de formă cilindrică, iar corpul este suspendat pe un arc fixat pe un trepied. Alungirea arcului unei mărci săgeată pe un trepied, care arată greutatea corpului în aer. corp de ridicare sub ea sticlă substitut cu un tub de turnare, umplut cu lichid la nivelul tubului de turnare. Apoi, corpul este scufundat în întregime în lichid. În această porțiune a lichidului din care volumul este volumul corp, turnat într-un vas de sticlă ebb. Indicele se ridica primăvara, arcul este redus, ceea ce indică o reducere a greutății corporale în lichid. În acest caz, organismul, împreună cu gravitația, de asemenea, forța care acționează împingând-o afară din lichid. În cazul în găleată pentru a turna lichidul dintr-un pahar (adică, cea care a înlocuit corpul), revenirea indicelui de primăvară în poziția sa inițială.

Pe baza acestui experiment se poate concluziona că forța de împingere a corpului este cufundat în întregime într-un fluid este egală cu greutatea fluidului în volumul corpului. Dependența presiunii în lichid (gaz) din adâncimea de scufundare a corpului determină forța flotabilitate (forța lui Arhimede) care acționează asupra oricărui corp scufundat într-un fluid sau gaz. corpul de imersie se deplasează în jos prin gravitație. forță Arhimede este întotdeauna opusă forța de gravitație, astfel încât greutatea corporală a lichidului sau a gazului este întotdeauna mai mică decât greutatea corpului în vid.

Acest experiment confirmă faptul că forța de flotabilitate egală cu greutatea fluidului în volumul corp.

4. Starea corpurilor de inot

In corpul uman, localizat în interiorul lichidului, există două forțe: forța gravitației, îndreptată vertical în jos, și o forță arhimedic îndreptat vertical în sus. Luați în considerare ceea ce se întâmplă cu corpul sub acțiunea acestor forțe, în cazul în care la început era încă.

În acest caz, există trei posibilități:

1) În cazul în care forța de gravitație o forță mai mare de flotabilitate, organismul este redus, adică înec:

2) În cazul în care modulul este gravitație modulo forță arhimedic, corpul poate fi în echilibru în lichid la orice adâncime:

3) Dacă forța flotabilitate mai mare decât forța de gravitație, corpul va fi scos din lichid - să apară:

În cazul în care un corp de pop-up se extinde parțial deasupra suprafeței lichidului, volumul părții imersate a corpului plutitor astfel încât greutatea lichidului dislocat este egal cu greutatea corpului flotant.

forță Buoyancy mai mare decât forța gravitației atunci când densitatea fluidului mai mare decât densitatea unui corp scufundat într-un lichid, dacă

1) = - un corp flotant într-un lichid sau gaz, 2)> - corp scufundarea, 3) <— тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Acestea sunt principiile raportului greutate și forța lui Arhimede sudohodostronii aplicată. Cu toate acestea, apa a avut loc nave fluviale și maritime uriașe, din oțel, a cărei densitate este de aproape 8 ori densitatea apei. Acest lucru se explică prin faptul că, din oțel face doar o cocă relativ subțire al navei, iar cea mai mare parte volumul său este ocupat de aer. Valoarea medie a densității vaselor în acest caz, este mult mai mică decât densitatea apei; așa că nu numai că nu se scufunda, dar poate lua pentru a transporta cantități mari de marfă. Navele care navighează pe râuri, lacuri, mărilor și oceanelor, sunt construite din materiale diferite, cu diferite densități. navele de locuințe sunt de obicei realizate din foi de oțel. Toate vasele de rezistență de fixare interioară sunt de asemenea realizate acordându-i din metal. Pentru construcția de nave, folosind materiale diferite, având, în comparație cu apa ca majoră și o densitate mai mică. Greutatea apei deplasată de partea subacvatică a navei, nava este încărcată cu greutatea în aer sau gravitație care acționează asupra navei cu marfa.

Pentru aeronautică primele utilizate baloane, care anterior au fost umplute cu aer cald, acum - cu hidrogen sau heliu. Pentru balon a crescut în aer, este necesar ca forța de flotabilitate (flotabilitate), care acționează asupra mingea este mai mare decât forța de gravitație.

5. Realizarea experimentului

Pentru a investiga comportamentul de ouă crude în lichide de toate tipurile.

Obiectiv: Pentru a dovedi că valoarea flotabilitate depinde de densitatea lichidului.

Am luat un ou crud și fluide de diferite tipuri (Anexa 1):

- apă, saturată cu sare;

La început am fost un ou crud a scăzut în apă dulce - ou înecat - „a mers în jos“ (Anexa 2). Apoi, într-un pahar cu apă curată, am adăugat o lingură de sare, ca rezultat al flotoarelor de ou (apendicele 3). În cele din urmă, am renuntat oul intr-un pahar de ulei de floarea soarelui - oul în jos în partea de jos (apendicele 4).

Concluzie: În primul caz, densitatea ouălor și densitatea apei, astfel încât ovulul sa scufundat. În al doilea caz, densitatea apei de sare mai mare decât oul de densitate, deci oul plutește în lichid. În al treilea caz, densitatea de ou este, de asemenea, mai mare decât densitatea de ulei de floarea-soarelui, astfel încât ovulul sa scufundat. Prin urmare, mai mare densitatea lichidului, forța de gravitație este mai mică.

2. Efectul forțelor de flotabilitate asupra corpului uman în apă.

- pentru a determina experiența densității corpului uman, se compară cu densitatea de apă dulce și apă de mare și de a concluziona că persoana, în principiu, posibilitatea să înoate;

- calcula greutatea unui om în aer, Arhimede forță care acționează asupra persoanei în apă.

Pentru a începe să utilizați greutățile am măsurat masa corpului. Apoi, am măsurat volumul corpului (fără volumul capului). Pentru aceasta, am turnat in apa de baie, astfel încât atunci când este scufundat în apă, am fost complet in apa (cu exceptia capului). Mai mult, cu o bandă de la marginea de sus a băii o distanță pentru nivelul apei # 8467; 1. și apoi - când este scufundat în apă # 8467; 2. Apoi, folosind o pre-calibra borcan de trei litri a fost turnat într-o baie de nivelul apei # 8467; 1 la # 8467; 2 - așa că am măsurat volumul de apă dislocuit de mine (apendicele 5). Densitate am calculat folosind formula:

Forța gravitațională care acționează asupra corpului în aer, a fost calculată conform formulei. în care - accelerația gravitațională ≈ valoarea 10. flotabilitate a fost calculată utilizând formula descrisă la punctul 2.

masa de încercare (excluzând masa capului) kg

Concluzie: corp chelovekaplotnee apă proaspătă și, prin urmare, se scufunda în ea. Omul de înot în mare este mai ușor decât în ​​râu, deoarece densitatea apei de mare este mai mare și, prin urmare, o mai mare valoare flotabilitate.

În procesul de lucru pe acest subiect, învățăm multe noi și interesante pentru tine. Cercul cunoștințelor noastre a crescut nu numai în domeniul de aplicare al forței de Arhimede, dar, de asemenea, aplicarea acesteia în viață. Înainte de a începe, am avut cu privire la aceasta reprezentare departe Undetailed. In timpul experimentelor, am confirmat experimental validitatea legii lui Arhimede și a constatat că silazavisit flotabilitate a volumului corpului și densitatea fluidului, cu atât mai mare densitatea lichidului, forța de flotabilitate mai mult. Forța rezultată, care determină comportamentul corpului într-un lichid depinde de greutatea, volumul corpului si densitatea lichidului.

În afară de experimente, literatura suplimentare despre Arhimede a forța deschiderea corpurilor de înot, aeronautica a fost studiat.

Fiecare dintre voi poate face descoperiri uimitoare, și nu are nevoie să aibă cunoștințe speciale sau echipament puternic. Ai nevoie doar de un pic să te uiți atent la lumea din jurul nostru, să fie un pic mai independent în hotărârile lor, iar deschiderea nu este mult timp în vin. Reticența cei mai mulți oameni să învețe despre lumea lasă o mulțime de cameră în indiscret cele mai neașteptate locuri.