Плавание тел

1

 

1/1/97

 

 

физика: плавание тел 
(обучающий курс)

 

Выполнила: Куманёва Алёна 10А класс

1/1/97

 

 

2

 

Введение 

 

Здравствуй, любознательный ученик. Ты открыл курс физики на тему: «Плавание тел». С давних времён физика- наука о явлениях в природе. Многие науки, которые ты изучаешь в школе, тебе и не понадобятся, но только не физика. Оглянись, и ты увидишь множество предметов и явлений (процессов) происходящих в них и рядом. Их изучает и объясняет физика.

Представь, что ты стоишь на берегу моря. Что ты видишь? Плывут парусники, лодки и корабли. А почему? Ты кидаешь камень, а он тонет. А почему? Рыбак ловит рыбу удочкой, а поплавок не тонет. А почему? Плывёт человек (или кто- нибудь другой) и не тонет. А почему? Теперь посчитай сколько ты задал вопросов. Много. Представь себе, что на все может ответить физика. Шагай дальше и найдёшь ответы.

   

1/1/97

 

 

3

 

ЕСЛИ КОЙ-ЧЕГО НЕ ЗНАЕШЬ,

ЗДЕСЬ ТЫ ЗНАНИЯ ПОПРАВИШЬ!

1/1/97

 

 

4

 

Необходимые знания

 

• Сила тяжести:
• сила, с которой Земля притягивает к себе тела (рис. 3) .

      F=mg; (F)=(Н)=(ньютон)

где m- масса тела, g- ускорение свободного падения (это постоянная величина, численно равная g=9,8 Н/кг (или м/с^2))

Значит, чем больше масса тела, тем больше сила тяжести.

• Архимедова сила:

Проведём опыт: к пружине подвесим ведёрко и тело цилиндрической формы. Растяжение будет показывать стрелка на штативе. На рис.1 она показывает вес тела (он будет рассмотрен ниже)  в во воздухе. Подставив под тело отливной сосуд рис.2, наполненный до уровня отливной трубки. Увидим отклонение стрелки, и часть вылившейся жидкости, объём которой равен объёму тела. Значит, кроме силы тяжести на тело действует ещё и сила выталкивающая его из жидкости.

Сила, выталкивающая целиком погруженное в него тело, равна весу жидкости в объёме этого тела.

Если аналогичный опыт провести в газах, то:

Сила, выталкивающая тело из газа, также равна весу газа, взятого в объёме тела.

            F=P=gm(жид.); m=V(т)j; F=gV(т)j(жид);

• Вес тела

 

            - сила, с которой тело действует на опору или подвес (вследствие притяжения к Земле).

Если тело покоится или движется равномерно, то P=F(тяж.)=mg;

Если тело движется не равномерно, то вес либо больше, либо меньше силы тяжести.

Если тело находится в состоянии невесомости (когда на него действует только F(тяж.)), то P=0.

 

 

 

  

 

 

1/1/97

 

 

5

 

А ТЕПЕРЬ НАСТАЛ МОМЕНТ- С ТЕМОЙ ознакомься в темпе!

1/1/97

 

 

6

 

Курс обучения 

 

• Плавание тел

На тело, находящееся в жидкости, действует две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и архимедова сила, направленная вертикально вверх. Рассмотрим, что происходит с телом под действием этих сил, если тело находится в состоянии покоя:

1       F(тяж.)  > F(А), то тело будет опускаться на дно, т. е. тонуть.

2       F(тяж.)  = F(А), то тело будет находиться в состоянии равновесия в любом месте жидкости, т. е. плавать. 

3       F(тяж) <  F(A), то тело будет подниматься из жидкости, т. е. всплывать.

Рассмотрим последний случай. Когда всплывающее тело достигает повехности жидкости, то при дальнейшем его движении F(A) будет уменьшаться, т. к. объём части тела, погруженной в жидкость, будет уменьшаться. И когда F(A)=F(тяж) тело будет плавать на поверхности, частично погрузившись в неё.

Проделав опыты с другими телами, в других жидкостях, получаем (рис.1):

Если тело плавает в жидкости, то вес вытесненной им жидкости равен весу этого тела в воздухе.

Если плотность сплошного твёрдого тела больше плотности жидкости, то тело в такой жидкости тонет. Тело с меньшей плотностью всплывает в этой жидкости. 

Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньше часть тела, погруженной в жидкость (рис.2).

    

1/1/97

 

 

7

 

ПЛАВАТЬ МОЖЕМ МЫ НА СВЕТЕ, ВСЕ: И ВЗРОСЛЫЕ, И ДЕТИ;

ТОЛЬКО НЕ ПОНЯТНО НИКОГДА: ТАК ПОЧЕМУ ЖЕ ПЛАВАЮТ СУДА?

1/1/97

 

 

8

 

• Плавание судов

 

Суда, плавающие по рекам, озёрам, морям и океанам, построены из разных материалов с различной плотностью. Корпус судов обычно делают из стальных листов. Все внутренние крепления, придающие судам прочность, также изготавливают из металлов. Для постройки судов используют различные материалы, имеющие по сравнению с водой как большую, так и меньшую плотность.

Конечно, у тебя возникает вопрос: «А почему тогда суда держатся на воде, да ещё и принимают огромные грузы?»

Из предыдущего пункта справедливо:

Вес воды, вытесняемой подводной частью судна, равен весу судна с грузом в воздухе или силе тяжести, действующей на судно с грузом.

Глубину, на которую судно погружается в воду, называют осадкой. Наиболее допускаемая осадка отмечена на корпусе  судна красной линией, называемой ватерлинией

(от голанд. ватер- вода).

Водоизмещение судна – это вес воды, вытесняемой судном при погружении до ватерлинии, равной силе тяжести, действующей на судно с грузом.

Если из водоизмещения вычесть вес самого судна, то получим грузоподъёмность этого судна.

Грузоподъёмность – это физическая величина, характеризующая вес груза, перевозимого судном.

• Немного из истории

Судостроение возникло ещё в Древнем Китае, в Древнем Египте, в Финикии. В России судостроение зародилось на рубеже XVII – XVIII вв. сооружались главным образом военные корабли, но именно в России были созданы первый ледокол, суда с двигателем внутреннего сгорания, атомный ледокол «Арктика».

 

1/1/97

 

 

9

 

ТЫ КОГДА- НИБУДЬ ЛЕТАЛ? …

ЗНАЧИТ МАЛО ТЫ УЗНАЛ.

1/1/97

 

 

10

 

• воздухоплавание

 

c давних пор люди стремились покорить воздушный океан; они мечтали плавать по облакам, летать по небу как по морю. Был изобретён воздушный шар, который вначале наполняли нагретым воздухом, а сейчас- водородом или гелием.

Но для того чтобы подняться в высь, необходимо чтобы F(A) -(выталкивающая) была больше F(тяж.)- это справедливо из прошлого пункта.

По мере поднятия шара вверх архимедова сила (F=j g V), действующая на шар, будет уменьшаться, т. к. плотность в верхних слоях атмосферы меньше, чем в нижних. Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают груз (балласт) и этим облегчают шар. После этого шар достигает своей предельной высоты. Для снижения из оболочки шара при помощи специального клапана выпускают часть газа.

Но и у такого шара есть недостаток- он не может сам двигаться в горизонтальном положении, а только при помощи ветра. Такие шары называются аэростатами (от греч. аэр- воздух, стато- стоящий). Для исследования верхних слоёв атмосферы ещё не так давно использовали огромные воздушные шары- стратостаты.

До того как были изобретены самолёты, для перевозки пассажиров и грузов использовали управляемые аэростаты- дирижабли. Они имеют удлинённую форму, под корпусом подвешивается гондола для пассажиров и с двигателем, который приводит в движение пропеллер.

Воздушные шары могут поднимать вверх некоторый груз: кабину, людей, приборы и… Поэтому, для того чтобы узнать, какой груз может поднять шар, необходимо определить его подъёмную силу.

Пусть, например в воздух запущен шар объёмом V= 50м^3, наполненный гелием. Масса гелия, заполняющего шар, будет равна: m= jV= 0,1890кг/м^3 * 50 м^3= 9,45 кг, а его вес равен: Р= gm= 9,8 Н/кг * 9,45 кг = 92,61 Н. Выталкивающая же сила (архимедова), действующая на шар в воздухе, равна весу воздуха объёмом 50 м^3, т. е. F(A)= g V j ( возд.)= 9,8 Н/кг * 1,3 кг/м^3* 50м^3= 637 Н.

Значит, этот шар может поднять груз весом 637 Н – 92,61 Н= 544,39 Н. Это и есть его подъёмная сила.

Гораздо проще осуществлять подъём и спуск шара, наполненного горячим воздухом. Для этого под отверстием располагают горелку; с её помощь регулируют температуру, а значит  плотность и выталкивающую силу: чем больше пламя, тем выше подъём, и наоборот.

По мере развития науки происходили и существенные изменения в воздухоплавательной технике. Появилась возможность для создания новых оболочек для аэростатов, которые стали прочными, морозоустойчивыми и лёгкими.

Достижения в области радиотехники, электроники, автоматики позволили создать беспилотные аэростаты. Эти аэростаты используют для изучения воздушных течений, для географических и медико- биологических исследований в нижних слоях атмосферы.

     

1/1/97

 

 

11

 

НИКОГДА НЕ УНЫВАЙ,

УМ СВОЙ СМЕЛО ПРОВЕРЯЙ!

1/1/97

 

 

12

 

• Дополнительная информация

 

Плотности некоторых веществ (при t=0,р=760 мм рт. ст.)

 

1,29

0,09

0,18

1000

900,0

11300

2700

 

0,00129

0,00009

0,00018

1,00000

0,90000

11,3000

2,70000

 

 

 

Воздух

Водород

Гелий

Вода

Лёд

Свинец

Алюминий

 

10^3 кг/м^3

 

г/см^3

 

вещество

1/1/97

 

 

13

 

• вопросы

 

что такое:

• Сила тяжести, архимедова, вес тела?
• Водоизмещение, грузоподъёмность, осадка и ватерлиния судна?
• Балласт и подъёмная сила?

Как и при каких условиях тело может вести себя в воде? От чего зависит его поведение?

Какие виды воздухоплавательных объектов ты знаешь?

Что ты знаешь о судостроении в России?

 

1/1/97

 

 

14

 

• Реши задачки

 

• Какая сила тяжести действует на тело m=3кг?
• Айсберг массой 3т странствует по Северному Ледовитому океану. Определите, какая сила выталкивания действует на него со стороны воды.
• Какую подъёмную силу имеет воздушный шар V= 56 м^3, наполненный водородом?
• Почему шарик, наполненный воздухом «не рвётся ввысь»?
• К коромыслу весов подвешены два шара одинаковой массы, один- свинцовый, другой- алюминевый. как будут вести себя весы, если: Под один из шаров (под оба) поставить стакан с водой, спиртом.
• Как изменится осадка корабля при выходе из моря в океан?
• В какой воде легче плавать: в морской или речной? Почему?
• Почему опасны утечки при добыче нефти?  

 

 

 

1/1/97

 

 

15

 

Ты побольше узнавай – в ногу с физикой шагай!

1/1/97

 

 

16

 

• Если заинтересовался

 

• Хочешь порешать ещё:

«Сборник задач по физике» (В.И. Лукашик, Е.В. Иванова)

«Физика. Задачник.»(Н.И. Гольдфарб)

«Физика. Задачник.» (О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов, А.Р. Зильберман)

• Хочешь побольше узнать:

«Физика». Краткий справочник школьнника.

«Физика». Большой справочник для школьников и поступающих в вузы.

«Физика». Словарь школьника.

«Физика. Справочник школьника и студента.» (под редакцией проф. Рудольфа Гёбеля)

«Физика». Школьная энциклопедия.

«Большой справочник школьника».

«Учебный справочник школьника».