دراسة الدرس "شروط الأجسام العائمة". حالة الأجسام العائمة

الأجسام العائمة- حالة توازن جسم صلب مغمور جزئيا أو كليا في سائل (أو غاز).

المهمة الرئيسية لنظرية الأجسام العائمة هي تحديد توازن الجسم المغمور في سائل وتوضيح شروط استقرار التوازن. إن أبسط شروط طفو الجثث مبينة في قانون أرخميدس. دعونا ننظر في هذه الشروط.

وكما هو معروف فإن جميع الأجسام المغمورة في سائل تتأثر بقوة أرشميدس ف أ(قوة الدفع) موجهة رأسياً إلى الأعلى، ولكن ليست جميعها تطفو إلى الأعلى. لكي نفهم لماذا تطفو بعض الأجسام وتغرق أخرى، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار قوة أخرى تؤثر على جميع الأجسام، وهي الجاذبية قدموالذي يتم توجيهه عموديًا إلى الأسفل، أي في الاتجاه المعاكس ف أ. إذا تُرك جسم داخل سائل في حالة سكون، فإنه سيبدأ في التحرك في الاتجاه الذي توجه إليه أكبر قوة. الحالات التالية ممكنة:

1. إذا كانت قوة أرخميدس أقل من الجاذبية ( ف أ< F т )، فإن الجسم سوف يغوص إلى القاع، أي يغرق (الشكل 1). أ);
2. إذا كانت قوة أرخميدس أكبر من الجاذبية ( وا > و ر)، فإن الجسم سوف يطفو للأعلى (الشكل 1). ب);

إذا تبين أن هذه القوة أكبر من قوة الجاذبية المؤثرة على الجسم، فسوف يطير الجسم للأعلى. ويستند الطيران على هذا.

تسمى الطائرات المستخدمة في الطيران بالونات(من اليونانية aer- هواء، حالة- واقفاً). تسمى بالونات الطيران الحر غير المنضبطة ذات القشرة على شكل كرة بالونات. منذ وقت ليس ببعيد، تم استخدام بالونات ضخمة لدراسة الطبقات العليا من الغلاف الجوي (الستراتوسفير). بالونات الستراتوسفير. تسمى البالونات التي يتم التحكم فيها (التي تحتوي على محرك ومراوح). المناطيد.

لا يرتفع المنطاد من تلقاء نفسه فحسب، بل يمكنه أيضًا رفع بعض البضائع: المقصورة، والأشخاص، والأدوات. من أجل تحديد نوع الحمولة التي يمكن لحاوية الهواء رفعها، عليك أن تعرف قوة الرفع الخاصة بها. قوة رفع البالون تساوي الفرق بين قوة أرخميدس وقوة الجاذبية المؤثرة على البالون:

F = F أ - و ر.

كلما انخفضت كثافة الغاز الذي يملأ بالونًا بحجم معين، قلت قوة الجاذبية المؤثرة عليه وزادت قوة الرفع الناتجة. يمكن ملء البالونات بالهيليوم أو الهيدروجين أو الهواء الساخن. على الرغم من أن كثافة الهيدروجين أقل من كثافة الهيليوم، إلا أن الهيليوم لا يزال يستخدم في كثير من الأحيان لأسباب تتعلق بالسلامة (الهيدروجين غاز قابل للاشتعال).

من الأسهل بكثير رفع وخفض كرة مملوءة بالهواء الساخن. للقيام بذلك، ضع الموقد تحت الحفرة الموجودة في الجزء السفلي من الكرة. يسمح لك بتنظيم درجة حرارة الهواء، وبالتالي كثافته وقوة الرفع.

يمكنك تحديد درجة حرارة الكرة التي يكون فيها وزن الكرة والمقصورة مساويًا لقوة الطفو. بعد ذلك سوف تتدلى الكرة في الهواء، وسيكون من السهل تدوين الملاحظات منها.

تطورات الدرس (ملاحظات الدرس)

خط UMK A. V. بيريشكين. الفيزياء (7-9)

انتباه! إدارة الموقع ليست مسؤولة عن محتوى التطورات المنهجية، وكذلك عن امتثال التطوير للمعايير التعليمية الحكومية الفيدرالية.

موضوع الدرس:شروط الإبحار هاتف.

أهداف الدرس:

• التعليمية: تعليم التحليل والتمييز (الرئيسي والأساسي)
• تقربك من حل مواقف المشكلات بنفسك.
• التنموية: تطوير الاهتمام بأنشطة محددة في الدرس،
• تطوير القدرة على مقارنة وتصنيف وتعميم الحقائق والمفاهيم.
• تعليمية: خلق جو من البحث الجماعي، والابتهاج العاطفي، ومتعة التعلم، ومتعة التغلب على الصعوبات.

مكان الدرس في القسم :"ضغط المواد الصلبة والسوائل والغازات"، بعد دراسة موضوع "ضغط السوائل والغازات على الجسم المغمور فيها. القوة الأرخميدية".

نوع الدرس:درس في مراجعة المعرفة بالموضوع.

المصطلحات والمفاهيم الأساسية:الكتلة، الحجم، كثافة المادة، وزن الجسم، الجاذبية، قوة أرخميدس.

اتصالات متعددة التخصصات:الرياضيات

الرؤية:عرض سلوك الأجسام المختلفة المغمورة في الماء؛ ظروف طفو الجسم حسب كثافته.

معدات:

أ) للتظاهر

• جرة بلاستيكية بها ماء، وثلاثة أشياء على خيط: أسطوانة من الألومنيوم، وكرة بلاستيكية، وزجاجة ماء محكمة الغلق (أعدها المعلم مسبقًا)، والتي يمكن أن تكون في حالة توازن في أي مكان في السائل؛
• حمام مائي، طبق من ورق الألمنيوم، كماشة.

ب) للعمل الأمامي

• موازين بأوزان، أسطوانة قياس (كوب)، كبسولة عائمة بغطاء (3 لكل منها)، رمل جاف، خيوط، ورق ترشيح، شريط كهربائي، تعليمات لإكمال مهام التجربة الأمامية، دفاتر ملاحظات للعمل المختبري.

أشكال العمل في الدرس:أمامي في أزواج، فردي.

خطة الدرس

1. تنظيم الوقت؛
2. التحقق الأولي من فهم المواد التي تمت دراستها سابقا؛
3. العمل العملي للتحقق من النتائج؛
4. انعكاس؛
5. العمل في المنزل.

تقدم الدرس

I. اللحظة التنظيمية

سنواصل اليوم في الدرس دراسة سلوك الأجسام المغمورة في الماء. دعونا نلقي نظرة على بعض التجارب؛ حيث ستقوم بإجراء بعض التجارب بنفسك وإجراء بعض الحسابات.

ثانيا. التحقق الأولي من فهم المواد التي سبق دراستها

الخبرة 1

نقوم بإنزال أسطوانة ألمنيوم وكرة وزجاجة ماء في الماء على التوالي. نحن نلاحظ سلوك الأجسام.

النتيجة: تغرق الأسطوانة، وتطفو الكرة للأعلى، وتطفو الفقاعة، مغمورة بالكامل في الماء.

حالة المشكلة:لماذا؟ – (نسبة القوى المؤثرة على الجسم).

– جميع الأجسام الموجودة في الماء تتأثر بقوتين: قوة الجاذبية الموجهة نحو الأسفل، وقوة الطفو (قوة أرخميدس) الموجهة نحو الأعلى.

- من قاعدة جمع القوى المؤثرة على جسم على طول خط مستقيم واحد، يترتب على ذلك: يهبط إذا F t ˃ F A؛ يطفو للأعلى إذا كان F t ˂ F A؛ يطفو إذا كان F t = F A.

ثالثا. العمل العملي للتحقق من النتائج

لنقم بتجربة ونتحقق من العلاقة بين الجاذبية وقوة الطفو. (يتم أخذ العمل المخبري "توضيح شروط الأجسام العائمة في السائل" كأساس - الصفحة 211 من الكتاب المدرسي).

التمرين 1.

1. املأ ربع الكبسولة بالرمل، وحدد كتلتها بالجرام على الميزان. حول قيمة الكتلة إلى كجم واكتبها في الجدول.
2. ضع الكبسولة في الماء وحدد حجم الماء المزاح بـ cm3. للقيام بذلك، ضع علامة على مستويات الماء في الدورق قبل وبعد غمر الكبسولة في الماء. سجل قيمة الحجم بالمتر3 في الجدول.

P = F ثقيل = مجمو واو = ρ و gV ر

المهمة 2.

1. املأ الكبسولة بالكامل بالرمل وحدد كتلتها بالجرام على الميزان. حول قيمة الكتلة إلى كجم واكتبها في الجدول.
2. ضع الكبسولة في الماء وحدد حجم الماء المزاح بـ cm3. للقيام بذلك، ضع علامة على مستويات الماء في الدورق قبل وبعد غمر الكبسولة في الماء. اكتب قيمة الحجم بالمتر3 في الجدول.
3. حساب الجاذبية وقوة أرخميدس باستخدام الصيغ:

P = F ثقيل = مجمو واو = ρ و جرام

قارن بين قوة أرخميدس والجاذبية. أدخل نتائج الحساب في الجدول ولاحظ: الكبسولة تغرق أو تطفو.

	كتلة الجسم، م، كلغ	جاذبية، Fثقيل، ن	حجم المياه النازحة، الخامس, م 3	قوة أرخميدس Fأ، ن	مقارنة Fالحبل و Fأ	سلوك الكبسولة في الماء
						إعلان منبثق

المهمة 3.

1. حدد عند أي نسبة من الجاذبية والقوة الأرخميدية ستطفو الكبسولة في أي مكان في السائل، وتكون مغمورة فيه تمامًا؟ ما قيمة حجم الماء الذي تزيحه الكبسولة؟
2. تحديد كتلة الجسم الطافي (بدون حساب).
3. املأ الكبسولة بالرمل إلى الكتلة المطلوبة، ثم انزلها في الماء وتأكد من تجربتك من صحة تفكيرك.
4. استنتج استنتاجًا حول حالة طفو الجسم في السائل.

الخبرة 2

دعونا نتحقق من ظروف الطفو اعتمادا على كثافة المادة التي تتكون منها الأجسام وكثافة السائل. لهذا لدينا حمام من الماء، ولوحة من رقائق الألومنيوم، وكماشة.

1. من خلال ثني الزوايا، سنصنع صندوقًا من اللوحة. دعونا نخفضه إلى سطح الماء. نلاحظ الصندوق يطفو على سطح الماء.
2. لنخرج الصندوق من الماء ونعيد الطبق إلى مظهره المسطح. قم بطي الطبق إلى نصفين، إلى أربعة، إلخ. باستخدام الكماشة، اضغط على ورق القصدير ثم اغمسه في الماء.

نتيجة:تطفو اللوحة ذات الشكل الصندوقي، ولكنها تغوص عند ضغطها.

حالة المشكلة:لماذا؟ – (نسبة كثافة الجسم والماء).

• كثافة مربعاتمصنوعة من رقائق الألومنيوم أقل كثافة من الماء، وكثافة كتلة من رقائق الألمنيوم المضغوطة أكبر من كثافة الماء.
• شروط الأجسام العائمة: المصارف إذا ρ t ˃ ρ الماء؛ يطفو إذا كان ρ t ˂ ρ الماء؛ يطفو إذا ρ t = ρ الماء. (ρ الألومنيوم = 2700 كجم/م3؛ ρ الماء = 1000 كجم/م3).

رابعا. انعكاس

الخبرة 3.انظر واشرح تشغيل الجهاز الذي قام به الطالب وفقًا لمهمة §52 (ص 55 من الكتاب المدرسي). "الغواص الديكارتي". بدلاً من الزجاجة الشفافة، استخدم الطالب ماصة عادية.

يتيح لك الجهاز عرض قوانين طفو الأجسام.

خامسا الواجبات المنزلية

§52؛ تمرين 27(3,5,6).

التحليل الذاتي للدرس

موضوع درس الفيزياء في الصف السابع هو "شروط الأجسام الطافية". هناك 20 طالبا في الفصل. الغالبية منهم لديهم تدريب رياضي جيد. الرجال فضوليون ونشطون. إنهم يعملون بشكل جيد في الفريق. المشاركة في تجهيز المعدات للدرس.

الغرض من الدرس: إثارة اهتمام الطلاب وتقريبهم من حل مواقف المشكلات بشكل مستقل. خلال الدرس، يتعلم الأطفال التخطيط بشكل مستقل لطرق تحقيق الأهداف، بما في ذلك البدائل، واختيار الطرق الأكثر فعالية لحل المشكلة بوعي.

نوع الدرس - درس تكرار المعرفة بالموضوع - يسمح لك باختبار المعرفة المكتسبة في الدرس السابق والاستعداد لحل المشكلات المتعلقة بالموضوع في الدرس التالي.

ترتبط المراحل المختارة من الدرس منطقيا مع بعضها البعض، وهناك انتقال سلس من واحد إلى آخر. أثناء الدرس، يقوم المعلم فقط بتوجيه وتصحيح تصرفات الطلاب الذين يعملون بشكل مستقل طوال الدرس بأكمله تقريبًا. لتوفير الوقت عند إكمال الجزء العملي، خلال الفصول الإضافية، قام الطلاب بإعداد كبسولتين بالرمل، مملوءتين بالكامل وجزئيًا (المهمتان 1 و 2)، وبقيت الثالثة فارغة. خلال الدرس، تعلم الأطفال استخلاص النتائج من التجربة وناقشوا بنشاط حلول مواقف المشكلات. في المرحلة النهائية، تركز انتباه الأطفال مرة أخرى على موضوع الدرس. علق المعلم على الواجبات المنزلية وأعطى درجات للإجابات الشفهية، وبعد الدرس تم فحص دفاتر الملاحظات الخاصة بالعمل المخبري.

أعتقد أن أهداف الدرس قد تحققت: تعلم الأطفال تحليل الحقائق والمفاهيم وإبرازها (الأساسي والأساسي) ومقارنتها وتصنيفها وتعميمها وإيجاد حلول لمواقف المشكلات. خلق الدرس جوًا من البحث الجماعي والابتهاج العاطفي ومتعة التعلم ومتعة التغلب على الصعوبات.

ظروف الإبحار

الغرض من الدرس: توضيح شروط طفو الأجسام حسب كثافة المادة والسائل.

التعليمية:

تعريف الطلاب بمفاهيم: حالة الأجسام الطافية

تكوين تصور شمولي للصورة العلمية للعالم

التعليمية:

تطوير أسلوب التفكير التشغيلي لدى الطلاب؛

تنمية التفكير الاصطناعي لدى الطلاب؛

تنمية المهارات والمهارة في إجراء التجارب؛

استمرار العمل على تنمية المهارات الفكرية: تسليط الضوء على الشيء الرئيسي، والتحليل، والقدرة على استخلاص النتائج، والمواصفات؛

المتعلمين:

تنمية اهتمام الطلاب بدراسة الفيزياء؛

تعزيز الدقة والقدرة والمهارة في الاستخدام الرشيد لوقت الفرد والتخطيط لأنشطته.

معدات الدرس:

أنبوب اختبار بسدادة، كرة بطاطس، البلاستيسين، ماء، محلول ملحي مشبع، وعاء، دينامومتر، ميزان مع أوزان

1 المقدمة. تحديث المعرفة.

اليوم سيبدأ أحد الطلاب في صفك الدرس. لذلك دعونا نستمع بعناية

يزن لسان الحوت الأزرق 3 أطنان، ويزن كبده 1 طن، ويزن قلبه 600-700 كجم، ويزن دمه 10 أطنان، وقطر شريانه الظهري 40 سم، وتحتوي معدته على 1-2 طن من الطعام؛ فم الحوت - غرفة بمساحة 24 م2.في ألقي على الشاطئ، ويموت على الفور تقريبا.

يعيش نبات مثير للاهتمام في المحيط الهادئ - وهو نبات كبير الحجم. يصل طوله إلى 57 مترًا، ووزنه 100 كيلوجرامًا. وتسمى هذه الطحالب حطام المثانة. بالقرب من كل ورقة توجد فقاعة بحجم تفاحة كبيرة. القشرة سميكة ولن تثقبها! يتم تضخيمه بإحكام وإحكام بنوع من الغاز الذي تنتجه الطحالب نفسها. هذا النبات مفيد جدا.

ل الخنازير والبط، ثقيلة وخرقاء على الشاطئ،لكن خفيف جدًا ورشيق في الماء.

ز السفينة المصنوعة من الحديد تغرق، لكن السفينة المصنوعة من الحديد تطفو

2. صياغة موضوع الدرس؟؟؟

ظروف الإبحار

أهداف الدرس:

تعلم كيفية استخلاص الصيغ لظروف طفو الأجسام.

تعلم كيفية العمل مع الأدوات ومراقبة النتائج التجريبية وتحليلها ومقارنتها واستخلاص النتائج.

تعرف على الحالة التي يغوص فيها الجسم في السائل، وحالة طفو الأجسام المغمورة بالكامل في السائل.

3. الخبرة:

- لدي في يدي عدة كتل وكرات من نفس الحجم. هل ستكون قوى الطفو لهذه الأجسام هي نفسها عند غمرها في الماء؟ (نفس)

- دعونا نحاول وضعها في الماء. ماذا نرى؟ بعض الجثث غرقت والبعض الآخر طفا. لماذا؟ ما الذي لم نأخذه بعين الاعتبار عندما تحدثنا عن غمر الأجسام في السائل؟

الاستنتاج من التجربة:

وهذا يعني أن غرق الجسم من عدمه لا يعتمد فقط على قوة أرخميدس، بل أيضًا على قوة الجاذبية.

4. دعونا نكرر المادة من الدرس السابق

ما هي القوة التي تسمى قوة أرخميدس؟

وعلى أي كميات تعتمد؟

ما هي الصيغة المستخدمة لحساب ذلك؟

وإلا كيف يمكنك تحديد قوة الطفو؟

في أي وحدات يتم قياسها؟

كيف يتم توجيه قوة أرخميدس؟

كيفية تحديد الجاذبية

ما هو اتجاه الجاذبية؟

ما هي القوة المحصلة؟

كيف يتم إيجاد محصلة قوتين موجهتين على خط مستقيم واحد في اتجاه واحد؟ في اتجاهات مختلفة؟

كيف يتصرف الجسم تحت تأثير قوتين متساويتين ولكنهما متعاكستان في الاتجاه؟

5. تقديم مواد جديدة. التوحيد الأولي.

دعونا ننظر في حالات مختلفة

(قدم > FA) (قدم = FA) (قدم< FА)

دعونا نجعل الافتراضات (الفرضية)

إذا كانت قوة الجاذبية أكبر من قوة أرخميدس (Ft> FA) - يغرق الجسم

إذا كانت قوة الجاذبية تساوي قوة أرخميدس (Ft = FA) – يطفو الجسم،

إذا كانت قوة الجاذبية أقل من قوة أرخميدس (قدم< FА) ---Тело всплывает

يجب اختبار الافتراض تجريبيا.

أمامك هيئات وأجهزة مختلفة.

ما هي المواد التي ينبغي استخدامها لإثبات افتراضاتنا؟

(الدينامومتر، السائل، الجسم)

ما هي القياسات التي يجب إجراؤها (تحديد قوة أرخميدس وقوة الجاذبية ومقارنتهما ببعضهما البعض) أو الحساب باستخدام الصيغ.

املأ الجدول

أ= ρ والخامس ز =

و ر = ملغ =

الاستنتاج (نسبة الجاذبية وقوة أرخميدس تحدد قدرة الجسم: السباحة أو الغرق أو الطفو)

تحدد نسبة الجاذبية وقوة أرخميدس قدرة الجسم على السباحة أو الغرق أو الطفو.

البراهين: 1. جسم أنبوبة اختبار يطفو على الماء. 2. تغوص كرة البطاطس في الماء. 3. نفس كرة البطاطس تطفو في الماء المالح. 4. كرة من البلاستيسين تغرق في الماء 5. قارب من البلاستيسين يطفو في الماء

لكي يطفو الجسم، من الضروري أن تكون قوة الجاذبية المؤثرة عليه متوازنة مع قوة أرخميدس (الطفو).

و ر = و أ (1)

قوة أرخميدس: F a = ρ f V f g (2)

الجاذبية: F t = mg = ρVg (3)

لنعوض بالتعبيرين (2) و (3) في المساواة (1): ρVg = ρ f V f g

وبقسمة طرفي هذه المساواة على g نحصل على شرط طفو الأجسام في شكل جديد:

ρV = ρ و الخامس و

لكي يطفو جسم ما، ويبرز جزئيًا فوق سطح السائل، يجب أن تكون كثافة الجسم أقل من كثافة السائل. عندما تكون كثافة الجسم أكبر من كثافة السائل، يغوص الجسم، وذلك لأن قوة الجاذبية تتجاوز قوة أرخميدس.

تحليل التمرين:

– ما هي المواد (الثلج، الإستيارين، الشمع، المطاط، الطوب) التي سوف تطفو في الماء، الحليب، الزئبق؟

– باستخدام الجدول حدد أي المعادن تغوص في الزئبق؟ (الأوزميوم، الإيريديوم، البلاتين، الذهب)

- ما هي المواد التي سوف تطفو في الكيروسين؟ (الفلين، الصنوبر، البلوط)

4. تطبيق شروط الطفو على الأجسام

أ) السفن الشراعية

- والآن يجب أن نوضح لماذا يغرق المسمار الفولاذي بينما تطفو السفينة المصنوعة من الفولاذ؟

- لنأخذ البلاستيسين. وإذا وضعته في الماء فإنه يغرق. كيف تتأكد من أنه لا يغرق؟

ب) سباحة الأسماك والحيتان

كيف يمكن للأسماك والحيتان تغيير عمق غوصها؟ (الأسماك بسبب تغير حجم المثانة السباحة، والحيتان بسبب تغير حجم الرئتين، أي بسبب قوة أرخميدس)

تختلف كثافة الكائنات الحية التي تعيش في البيئة المائية قليلًا جدًا عن كثافة الماء، لذا فإن وزنها يكاد يكون متوازنًا تمامًا بواسطة قوة أرخميدس. تستطيع السمكة تغيير حجم جسمها عن طريق الضغط على المثانة الهوائية بجهود عضلاتها الصدرية والبطنية، وبالتالي تغيير متوسط ​​كثافة جسمها، والتي بفضلها يمكنها تنظيم عمق الغوص.

المثانة السباحة للأسماك تغير حجمها بسهولة. وعندما تنزل السمكة بمساعدة العضلات إلى عمق أكبر ويزداد ضغط الماء عليها، تنقبض الفقاعة، ويقل حجم جسم السمكة وتسبح في الأعماق. عند الارتفاع، يزداد حجم مثانة السباحة وتطفو على السطح. هكذا تنظم السمكة عمق غوصها. المثانة السباحة للأسماك وهذا أمر مثير للاهتمام

تنظم الحيتان عمق الغوص عن طريق زيادة وتقليل سعة الرئة. هذا مثير للاهتمام

يختلف متوسط ​​كثافة الكائنات الحية التي تعيش في البيئة المائية قليلًا عن كثافة الماء، لذا فإن وزنها يكاد يكون متوازنًا بالكامل بواسطة قوة أرخميدس. وبفضل هذا، لا تحتاج الحيوانات المائية إلى هياكل عظمية قوية وضخمة. لنفس السبب، جذوع النباتات المائية مرنة.

تمتلك الطيور طبقة سميكة من الريش والزغب مقاومة للماء، وتحتوي على كمية كبيرة من الهواء، مما يجعل متوسط ​​كثافة جسمها منخفضًا جدًا، لذلك لا يغطس البط كثيرًا في الماء عند السباحة.

ب) الملاحة تحت الماء

– كيف يمكن للغواصات أن ترتفع وتهبط إلى أعماق مختلفة؟ (بسبب التغيرات في كتلته، وبالتالي الجاذبية)

د) سباحة الإنسان في المياه العذبة والمياه المالحة

متوسط ​​كثافة جسم الإنسان 1030 كجم/م2. هل يسبح الإنسان أو يغرق في النهر وفي البحيرة المالحة؟

الأجسام العائمة

203. السباح مستلقيًا بلا حراك على ظهره على الماء يأخذ نفسًا عميقًا ويزفر. كيف يتغير وضع جسم السباح بالنسبة لسطح الماء؟ لماذا؟

204. هل قوى الطفو المؤثرة على نفس القطعة الخشبية التي تطفو أولاً في الماء ثم في الكيروسين هي نفسها؟

205. لماذا يطفو اللوح الذي يوضع بشكل مسطح على سطح الماء، بينما يغوص اللوح الذي يوضع على حافة الماء؟

206. هل يمكن لعوامة النجاة أن تحمل أي عدد من الأشخاص الذين يتمسكون بها؟

207. توضع صفائح الرصاص الثقيلة على صدر الغواص وظهره، ويتم ربط نعال الرصاص بالحذاء. لماذا يفعلون ذلك؟

208. يُنزل خشبًا في إناء به ماء. هل سيغير هذا الضغط في قاع الوعاء إذا لم يتدفق الماء من الوعاء؟

209. كوب مملوء حتى أسنانه بالماء. يتم وضع قطعة من الخشب فيها بحيث تطفو بحرية. هل سيتغير وزن الكوب إذا ظل الماء يملأه حتى الحافة؟

الإجابات:203. عند الاستنشاق، يطفو السباح، وعند الزفير، يغرق أعمق في الماء، لأنه عند التنفس، يتغير حجم الصدر وتتغير قوة أرخميدس وفقا لذلك.

(عند الاستنشاق يطفو السباح للأعلى، وعند الزفير يغوص بشكل أعمق في الماء، حيث يتغير حجم الصدر أثناء التنفس، لكن وزن الجسم يظل ثابتًا تقريبًا. لذلك، يزداد الحجم الإجمالي للجسم عند الاستنشاق، وينخفض عند الزفير، ولا يتغير حجم الجزء المغمور في الماء من الجسم).

204. نفسه. تطفو الكتلة في كلا السائلين، مما يعني أن قوة الطفو في كل منهما تساوي قوة الجاذبية المؤثرة عليها.

206. لا، لأن قوة الرفع (الفرق بين أقصى قوة أرخميدس وقوة الجاذبية) للدائرة لها قيمة محدودة.

207. زيادة قوة الجاذبية وجعلها أكبر من قوة أرخميدس وإلا فلن يغوص الغواص إلى العمق المطلوب.

208. سيزداد الضغط مع ارتفاع مستوى الماء في الوعاء.

209. لن يتغير، لأن وزن قطعة الخشب يساوي وزن الماء النازح عنها (والمسكوب من الزجاج).

6. المهمة التجريبية.

تحديد وزن الجسم:م=

يُعرِّفقدم وفقًا للصيغة وباستخدام مقياس القوة، املأ الجدول.

تعريف فأباستخدام الصيغة وباستخدام مقياس القوة، املأ الجدول.

قم بصياغة استنتاج (نسبة الجاذبية وقوة أرخميدس تحدد قدرة الجسم: السباحة أو الغرق أو الطفو)

املأ الجدول

أ= ρ والخامس ز =

و ر = ملغ =

الاستنتاج (على أساس التجربة)

الاستنتاج (في الواقع)

ف ر =

7. الواجبات المنزلية:

8.الخاتمة: مع الآن يقترب وقت الدرس من نهايته. وعلى الرغم من أننا لم نحل جميع المشاكل، إلا أن رحلتنا على طرق الفيزياء لا تنتهي!

الطفو هو قدرة الجسم على البقاء على سطح السائل أو عند مستوى معين داخل السائل.

نحن نعلم أن أي جسم في السائل تتأثر بقوتين موجهتين في اتجاهين متعاكسين: الجاذبية وقوة أرخميدس.

قوة الجاذبية تساوي وزن الجسم وتتجه نحو الأسفل، أما قوة أرخميدس فتعتمد على كثافة السائل وتتجه نحو الأعلى. كيف تفسر الفيزياء طفو الأجسام، وما هي ظروف طفو الأجسام على السطح وفي عمود الماء؟

يتم التعبير عن قوة أرخميدس بالصيغة:

Fout = g*m f = g* ρ f * V f = P f,

حيث m هي كتلة السائل،

و Pf هو وزن السائل المزاح بواسطة الجسم.

وبما أن كتلتنا تساوي: m f = ρ f * V f، فمن صيغة القوة الأرخميدية نرى أنها لا تعتمد على كثافة الجسم المغمور، بل تعتمد فقط على حجم وكثافة السائل المزاح بواسطة الجسم.

قوة أرخميدس هي كمية متجهة. سبب وجود قوة الطفو هو اختلاف الضغط على الأجزاء العلوية والسفلية من الجسم، والضغط الموضح في الشكل هو P2 > P1 بسبب العمق الأكبر. لكي تنشأ قوة أرخميدس، يكفي أن يكون الجسم مغمورًا جزئيًا على الأقل في السائل.

لذلك، إذا كان الجسم يطفو على سطح السائل، فإن قوة الطفو المؤثرة على جزء هذا الجسم المغمور في السائل تساوي قوة الجاذبية للجسم بأكمله. (فا = ف)

فإذا كانت قوة الجاذبية أقل من قوة أرخميدس (Fa > P)، فإن الجسم سيرتفع عن السائل، أي يطفو.

في الحالة التي يكون فيها وزن الجسم أكبر من قوة أرخميدس التي تدفعه للخارج (Fа

من النسبة التي تم الحصول عليها يمكن استخلاص استنتاجات مهمة:

تعتمد قوة الطفو على كثافة السائل. يعتمد غرق الجسم أو طفوه في السائل على كثافة الجسم.

يطفو الجسم عند غمره بالكامل في سائل إذا كانت كثافة الجسم مساوية لكثافة السائل

يطفو الجسم بارزًا جزئيًا فوق سطح السائل إذا كانت كثافة الجسم أقل من كثافة السائل

- فإذا كانت كثافة الجسم أكبر من كثافة السائل تصبح السباحة مستحيلة.

تصنع قوارب الصيادين من الخشب الجاف الذي تكون كثافته أقل من كثافة الماء.

لماذا تطفو السفن؟

يصبح هيكل السفينة المغمورة في الماء ضخمًا، ويوجد داخل هذه السفينة تجاويف كبيرة مملوءة بالهواء، مما يقلل بشكل كبير من الكثافة الإجمالية للسفينة. وبذلك يزداد حجم الماء الذي تزيحه السفينة بشكل كبير، مما يزيد من قوة طفوها، وتصبح الكثافة الكلية للسفينة أقل من كثافة الماء، حتى تتمكن السفينة من الطفو على السطح. ولذلك فإن لكل سفينة حدًا معينًا لكتلة البضائع التي يمكنها حملها. وهذا ما يسمى إزاحة السفينة.

الجسم المغمور في سائل، بالإضافة إلى الجاذبية، يخضع لقوة الطفو - قوة أرخميدس. يضغط السائل على جميع جوانب الجسم، لكن الضغط ليس هو نفسه. بعد كل شيء، الحافة السفلية للجسم مغمورة في السائل أكثر من الجزء العلوي، ويزداد الضغط مع العمق. أي أن القوة المؤثرة على الوجه السفلي للجسم ستكون أكبر من القوة المؤثرة على الوجه العلوي. ولذلك تنشأ قوة تحاول إخراج الجسم من السائل.

تعتمد قيمة قوة أرخميدس على كثافة السائل وحجم ذلك الجزء من الجسم الموجود مباشرة في السائل. لا تعمل قوة أرخميدس في السوائل فحسب، بل في الغازات أيضًا.

قانون أرخميدس: الجسم المغمور في سائل أو غاز يتعرض لقوة طفو تساوي وزن السائل أو الغاز في حجم الجسم. من أجل حساب قوة أرخميدس، من الضروري ضرب كثافة السائل، وحجم جزء الجسم المغمور في السائل، والقيمة الثابتة g.

الجسم الموجود داخل السائل يؤثر عليه قوتان: الجاذبية وقوة أرخميدس. وتحت تأثير هذه القوى يمكن للجسم أن يتحرك. هناك ثلاثة شروط لكي تطفو الأجسام:

فإذا كانت قوة الجاذبية أكبر من قوة أرخميدس، فإن الجسم سوف يغوص ويهبط إلى القاع.

فإذا كانت قوة الجاذبية تساوي قوة أرخميدس، فمن الممكن أن يكون الجسم في حالة توازن عند أي نقطة في السائل؛

فإذا كانت قوة الجاذبية أقل من قوة أرخميدس، فإن الجسم سوف يطفو ويرتفع إلى أعلى.

الأجسام العائمة على سطح السائل

في الوضع السطحي، تؤثر قوتان على جسم عائم على طول محور OZ (الشكل 1.1). هذه هي قوة جاذبية الجسم زوقوة الطفو الأرخميدية ص ض .

السباحة، أي. المغمورة . تشمل المفاهيم الأساسية لنظرية السباحة ما يلي:

- طائرة السباحة(I-I) - مستوى السطح الحر للسائل الذي يتقاطع مع الجسم؛

- خط الماء –خط تقاطع سطح الجسم وطائرة السباحة؛

- مسودة (ذ)- عمق الغطس لأدنى نقطة في الجسم. تم تحديد الحد الأقصى المسموح به لغاطس السفينة بخط مائي أحمر؛

- الإزاحة -وزن الماء المزاح بواسطة السفينة. إن إزاحة السفينة عند الحمولة الكاملة هي سمتها الفنية الرئيسية.

مركز الإزاحة (النقطة D، الشكل 1.1) هو مركز ثقل الإزاحة الذي يمر من خلاله خط عمل قوة أرخميدس المزدهرة؛

محور السباحة (О О ") هو الخط الذي يمر عبر مركز الثقل C ومركز الإزاحة D عندما يكون الجسم في حالة توازن.

وللحفاظ على التوازن، يجب أن يكون محور الانصهار عموديا. إذا أثرت قوة خارجية، على سبيل المثال قوة ضغط الرياح، على سفينة عائمة في الاتجاه العرضي، فسوف تميل السفينة، وسيدور محور الملاحة بالنسبة إلى النقطة C وسينشأ عزم الدوران Mk، مما يؤدي إلى دوران السفينة نسبيًا إلى المحور الطولي عكس اتجاه عقارب الساعة (الشكل 1.2)

يعتمد استقرار الجسم العائم على الموضع النسبي للنقطتين C وD. إذا كان مركز الجاذبية C أقل من مركز الإزاحة D، فعند الملاحة على السطح يكون الجسم مستقرًا دائمًا، نظرًا لأن عزم الدوران Mk الناشئ أثناء التدحرج يكون يتم توجيهه دائمًا في الاتجاه المعاكس للفة.

إذا كانت النقطة C تقع فوق النقطة D (الشكل 1.3)، فيمكن أن يكون الجسم العائم مستقرًا أو غير مستقر. دعونا نفكر في هذه الحالات بمزيد من التفصيل.

عند الميل، ينزاح مركز الإزاحة D أفقيًا نحو الكعب، نظرًا لأن أحد جانبي الوعاء يزيح كمية أكبر من الماء من الجانب الآخر.

ثم سيمر خط عمل القوة الأرخميدية المطفوة P z عبر مركز الإزاحة الجديد D" ويتقاطع مع محور الملاحة OO" عند النقطة M، والتي تسمى مركز ميتا.لصياغة حالة الاستقرار، نشير إلى القطعة

م د 1 = ب، أسد 1 =∆ , أين ب - نصف قطر مركزي; ∆- الانحراف.

حالة الاستقرار: يكون الجسم مستقرًا إذا كان نصف قطره خارج المركز أكبر من انحرافه، أي. ب > ∆.

ويرد في الشكل تفسير رسومي لحالة الاستقرار. 1.3 ، والذي يتضح منه أنه في الحالة أ) ب > ∆ويتم توجيه عزم الدوران الناتج في الاتجاه المعاكس للفة، وفي الحالة ب) لدينا: ب< ∆ ولحظة م كيدور الجسم في اتجاه اللفة، أي. الجسم غير مستقر.

الإزاحةالسفينة (السفينة) - كمية المياه التي يزيحها الجزء الموجود تحت الماء من بدن السفينة (السفينة). ووزن هذه الكمية من السائل يساوي وزن السفينة بأكملها، بغض النظر عن حجمها ومادتها وشكلها.

يميز الحجميو جَسِيم معيار, طبيعي, مكتمل, أعظم, فارغالإزاحة.

النزوح الحجمي خط الماء(هولندي خط المياه) - خط الاتصال بين سطح الماء الهادئ وبدن السفينة العائمة. أيضًا، في نظرية السفينة، هناك عنصر من عناصر الرسم النظري: قسم من الهيكل بمستوى أفقي.

النزوح الجماعي

الإزاحة القياسية

الازاحة الطبيعي

عدد الأشخاص النازحين داخليا

الحد الأقصى للنزوح

إزاحة خفيفة الوزن

النزوح المغمور

النزوح السطحي

استقرار الأجسام العائمة

استقرارالأجسام العائمة هي قدرتها على العودة إلى وضعها الأصلي بعد أن تم إزالتها من هذا الوضع بسبب تأثير أي قوى خارجية.

لإضفاء الاستقرار على جسم عائم، من الضروري أنه عندما ينحرف عن موضع التوازن، يتم إنشاء زوج من القوى، مما سيعيد الجسم إلى موضعه الأصلي. لا يمكن إنشاء مثل هذا الزوج من القوى إلا بالقوى زو صن. هناك ثلاثة خيارات مختلفة للترتيب النسبي لهذه القوى (الشكل 5.3).

أرز. 5.3. ثبات الأجسام شبه المغمورة مع المواقع النسبية لمركز الثقل ومركز الإزاحة أو ب- توازن مستقر

يقع مركز الكتلة أسفل مركز الإزاحةعند التأرجح يتحرك مركز الإزاحة بسبب التغير في موضع الجسم وبسبب التغير في شكل الحجم المزاح. في هذه الحالة، ينشأ زوج من القوى التي تسعى إلى إعادة الجسم إلى موضعه الأصلي. وبالتالي يتمتع الجسم باستقرار إيجابي.

يتطابق مركز الكتلة مع مركز الإزاحة– كما سيكون للجسم ثبات إيجابي بسبب إزاحة مركز الإزاحة بسبب تغير شكل الحجم المزاح.

مركز الكتلة أعلى من مركز الإزاحةيوجد خياران رئيسيان هنا (الشكل 5.4):

1) تقع نقطة تقاطع قوة الرفع مع محور السباحة M (المركز السطحي) أسفل مركز الكتلة - سيكون التوازن غير مستقر (الشكل 5.4، أ);

2) يقع المركز فوق مركز الكتلة - سيكون التوازن مستقرًا (الشكل 5.4، ب). تسمى المسافة من مركز الميتا إلى مركز الكتلة ارتفاع ما وراء المركز. مركز ميتا –النقطة التي يتقاطع فيها الرفع مع المحور العائم. إذا كانت النقطة متقع فوق النقطة مع، فإن الارتفاع المركزي يعتبر موجبًا إذا كان يقع أسفل النقطة مع– ثم يعتبر سلبيا.

وبالتالي يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية:

يعتمد استقرار الجسم في حالة شبه مغمورة على الموقع النسبي للنقاط مو مع(من ارتفاع ما وراء المركز)؛

سيكون الجسم مستقرًا إذا كان ارتفاع ما وراء المركز موجبًا، أي. يقع المركز فوق مركز الجاذبية. يتم تصنيع جميع المركبات البرمائية العسكرية تقريبًا بارتفاع مركزي يبلغ 0.3-1.5 متر.

أرز. 5.4. استقرار الأجسام شبه المغمورة مع المواقع النسبية لمركز الثقل والمركز الميتاسي:

أ– توازن غير مستقر. ب- توازن مستقر

الإزاحةالسفينة (السفينة) - كمية المياه التي يزيحها الجزء الموجود تحت الماء من بدن السفينة (السفينة). وكتلة هذه الكمية من السائل تساوي كتلة السفينة بأكملها، بغض النظر عن حجمها ومادتها وشكلها.

يميز الحجميو جَسِيمالإزاحة. حسب حالة حمولة السفينة يتم التمييز بينها معيار, طبيعي, مكتمل, أعظم, فارغالإزاحة.

للغواصات هناك تحت الماءالنزوح و سطحالإزاحة.

النزوح الحجمي

إزاحة تساوي حجم الجزء تحت الماء من السفينة (السفينة) إلى خط الماء.

النزوح الجماعي

إزاحة تساوي كتلة السفينة (السفينة).

الإزاحة القياسية

إزاحة سفينة (سفينة) مجهزة بالكامل بطاقم ولكن بدون احتياطيات من الوقود ومواد التشحيم ومياه الشرب في الخزانات.

الازاحة الطبيعي

الإزاحة تساوي الإزاحة القياسية بالإضافة إلى نصف كمية الوقود ومواد التشحيم ومياه الشرب الموجودة في الخزانات.

عدد الأشخاص النازحين داخليا

الإزاحة تساوي الإزاحة القياسية بالإضافة إلى الاحتياطي الكامل من الوقود ومواد التشحيم ومياه الشرب في الخزانات والبضائع.

الحد الأقصى للنزوح

الإزاحة تساوي الإزاحة القياسية بالإضافة إلى الحد الأقصى من احتياطيات الوقود ومواد التشحيم ومياه الشرب في الخزانات والبضائع.

إزاحة خفيفة الوزن)

إزاحة سفينة (سفينة) فارغة، أي سفينة (سفينة) بدون طاقم ووقود ومؤن ونحو ذلك.

النزوح المغمور

إزاحة الغواصة (bayscaphe) وغيرها من السفن تحت الماء في وضع مغمور. يتجاوز الإزاحة السطحية لكتلة الماء المتلقاة عند غمرها في خزانات الصابورة الرئيسية.

النزوح السطحي

إزاحة الغواصة (غواصة الأعماق) والسفن الأخرى الموجودة تحت الماء في موضعها على سطح الماء قبل الغوص أو بعد الصعود إلى السطح.