Lecție-studiu „condiții pentru corpurile plutitoare”. Starea corpurilor plutitoare

Corpuri plutitoare- starea de echilibru a unui corp solid scufundat parțial sau complet într-un lichid (sau gaz).

Sarcina principală a teoriei corpurilor plutitoare este de a determina echilibrul unui corp scufundat într-un lichid și de a clarifica condițiile pentru stabilitatea echilibrului. Cele mai simple condiții de plutire a corpurilor sunt indicate de legea lui Arhimede. Să luăm în considerare aceste condiții.

După cum se știe, toate corpurile scufundate într-un lichid sunt acționate de forța Arhimede F A(forța de împingere) îndreptată vertical în sus, dar nu toate plutesc în sus. Pentru a înțelege de ce unele corpuri plutesc și altele se scufundă, este necesar să se țină cont de o altă forță care acționează asupra tuturor corpurilor - gravitația Ft care este îndreptată vertical în jos, adică opus F A. Dacă un corp este lăsat în repaus în interiorul unui lichid, acesta va începe să se miște în direcția în care este direcționată cea mai mare forță. Sunt posibile următoarele cazuri:

1. dacă forța arhimediană este mai mică decât gravitația ( F A< F т ), atunci corpul se va scufunda în fund, adică se va îneca (Fig. A);
2. dacă forța arhimediană este mai mare decât forța gravitațională ( F A > F t), atunci corpul va pluti în sus (Fig. b);

Dacă această forță se dovedește a fi mai mare decât forța gravitațională care acționează asupra corpului, atunci corpul va zbura în sus. Aeronautica se bazează pe asta.

Aeronavele folosite în aeronautică se numesc baloane(din greaca aer- aer, stare- în picioare). Se numesc baloane necontrolate de zbor liber cu o coajă în formă de minge baloane. Nu cu mult timp în urmă, baloanele uriașe erau folosite pentru a studia straturile superioare ale atmosferei (stratosferă). baloane stratosferice. Se numesc baloane controlate (avand motor si elice). dirijabile.

Balonul nu numai că se ridică singur, dar poate ridica și o marfă: cabina, oameni, instrumente. Pentru a determina ce tip de sarcină poate ridica un container cu aer, trebuie să cunoașteți forța de ridicare a acestuia. Forța de ridicare a unui balon este egală cu diferența dintre forța arhimediană și forța gravitațională care acționează asupra balonului:

F = F A - F t.

Cu cât densitatea gazului care umple un balon de un anumit volum este mai mică, cu atât forța gravitațională care acționează asupra acestuia este mai mică și cu atât forța de ridicare rezultată este mai mare. Baloanele pot fi umplute cu heliu, hidrogen sau aer încălzit. Deși hidrogenul are o densitate mai mică decât heliul, heliul este încă mai des folosit din motive de siguranță (hidrogenul este un gaz inflamabil).

Este mult mai ușor să ridici și să cobori o minge plină cu aer fierbinte. Pentru a face acest lucru, plasați un arzător sub orificiul situat în partea inferioară a mingii. Vă permite să reglați temperatura aerului și, prin urmare, densitatea și forța de ridicare a acestuia.

Puteți selecta o temperatură a mingii la care greutatea mingii și a cabinei să fie egală cu forța de flotabilitate. Apoi mingea va atârna în aer și va fi ușor să faci observații din ea.

Dezvoltarea lecției (notele lecției)

Linia UMK A.V. Fizică (7-9)

Atenţie! Administrația site-ului nu este responsabilă pentru conținutul dezvoltărilor metodologice, precum și pentru conformitatea dezvoltării cu Standardul Educațional de Stat Federal.

Subiectul lecției: Conditii de navigatie tel.

Obiectivele lecției:

• Educativ: învață să analizezi, să evidențiezi (principal, esențial),
• te apropie de rezolvarea singur a situațiilor problematice.
• Dezvoltare: dezvoltarea interesului pentru activități specifice din lecție,
• dezvolta capacitatea de a compara, clasifica, generaliza fapte și concepte.
• Educațional: creați o atmosferă de căutare colectivă, de bucurie emoțională, bucurie de a învăța, bucurie de a depăși dificultățile.

Locul lecției în secțiune:„Presiunea solidelor, lichidelor și gazelor”, după studierea temei „Presiunea lichidelor și gazelor asupra unui corp scufundat în ele. Forța arhimediană”.

Tip de lecție: Lecție despre revizuirea cunoștințelor subiectului.

Termeni și concepte de bază: masa, volumul, densitatea materiei, greutatea corpului, gravitația, forța arhimediană.

Conexiuni interdisciplinare: matematică

Vizibilitate: demonstrarea comportamentului diferitelor corpuri scufundate în apă; condiţiile de plutire a corpului în funcţie de densitate.

Echipament:

a) pentru demonstraţie

• un borcan de plastic cu apă, trei obiecte pe sfoară: un cilindru de aluminiu, o minge de plastic, o sticlă de apă închisă ermetic (preparată în prealabil de profesor), care poate fi în echilibru oriunde în lichid;
• o baie de apă, o farfurie de folie de aluminiu, clește.

b) pentru lucru frontal

• Cântare cu greutăți, cilindru de măsurare (pahar), capsulă plutitoare cu capac (3 fiecare), nisip uscat, fire, hârtie de filtru, bandă electrică, instrucțiuni pentru îndeplinirea sarcinilor de experiment frontal, caiete pentru lucrări de laborator.

Forme de lucru în lecție: frontal în perechi, individual.

Planul lecției

1. Organizarea timpului;
2. Verificarea inițială a înțelegerii materialului studiat anterior;
3. Lucrări practice de verificare a constatărilor;
4. Reflecţie;
5. Teme pentru acasă.

Progresul lecției

I. Moment organizatoric

Astăzi în lecție vom continua să studiem comportamentul corpurilor scufundate în apă. Să ne uităm la câteva experimente;

II. Verificarea inițială a înțelegerii materialului studiat anterior

Experiența 1

Coborâm în apă succesiv un cilindru de aluminiu, o minge și o sticlă de apă. Observăm comportamentul corpurilor.

Rezultat: cilindrul se scufundă, mingea plutește în sus, bula plutește, complet scufundată în apă.

Situatie problematica: De ce? – (Raportul forțelor care acționează asupra corpului).

- Toate corpurile din apă sunt acționate de două forțe: forța gravitațională, îndreptată în jos, și forța de plutire (forța lui Arhimede), îndreptată în sus.

– Din regula adunării forţelor care acţionează asupra unui corp de-a lungul unei drepte rezultă: se scufundă dacă F t ˃ F A; plutește în sus dacă F t ˂ F A; plutește dacă F t = F A.

III. Lucrări practice de verificare a constatărilor

Să facem un experiment și să verificăm relația dintre gravitație și forța de plutire. (Lucrul de laborator „Elucidarea condițiilor pentru corpurile plutitoare într-un lichid” este luată ca bază - pagina 211 a manualului).

Exercitiul 1.

1. Umpleți capsula 1/4 plină cu nisip, determinați-i masa în grame pe cântar. Convertiți valoarea masei în kg și scrieți-o în tabel.
2. Se pune capsula în apă și se determină volumul apei deplasate în cm3. Pentru a face acest lucru, marcați nivelurile de apă din pahar înainte și după scufundarea capsulei în apă. Înregistrați valoarea volumului în m3 în tabel.

P = F grea = mgȘi F A = ρ f gV t

Sarcina 2.

1. Umpleți complet capsula cu nisip și determinați-i masa în grame pe cântar. Convertiți valoarea masei în kg și scrieți-o în tabel.
2. Se pune capsula în apă și se determină volumul apei deplasate în cm3. Pentru a face acest lucru, marcați nivelurile de apă din pahar înainte și după scufundarea capsulei în apă. Scrieți valoarea volumului în m3 în tabel.
3. Calculați gravitația și forța arhimediană folosind formulele:

P = F grea = mgȘi F A = ρ f gV

Comparați forța arhimediană cu gravitația. Introduceți rezultatele calculului în tabel și rețineți: capsula se scufundă sau plutește.

	Masa corpului, m, kg	Gravitatie, F grea, N	Volumul apei deplasate, V, m 3	puterea lui Arhimede F A, N	Comparaţie F snur și F A	Comportamentul capsulei în apă
						apare

Sarcina 3.

1. Determinați în ce raport de gravitație și forță arhimediană va pluti capsula oriunde în lichid, complet scufundată în el? Ce valoare va avea volumul de apă deplasat de capsulă?
2. Determinați masa corpului plutitor (fără calcul).
3. Umpleți capsula cu nisip până la masa necesară, apoi coborâți-o în apă și experimentați corectitudinea raționamentului dvs.
4. Trageți o concluzie despre condiția ca un corp să plutească într-un lichid.

Experiența 2

Să verificăm condițiile de plutire în funcție de densitatea substanței din care sunt făcute corpurile și de densitatea lichidului. Pentru aceasta avem o baie de apă, o farfurie de folie de aluminiu și clește.

1. Prin îndoirea colțurilor, vom face o cutie din farfurie. Să-l coborâm la suprafața apei. Observăm cutia plutind la suprafața apei.
2. Să scoatem cutia din apă și să readucem farfuria la aspectul ei plat. pliază farfuria în jumătate, în patru etc. Cu ajutorul unui clește, stoarceți folia și coborâți-o în apă.

Rezultat: placa în formă de cutie plutește, dar când este comprimată se scufundă.

Situatie problematica: De ce? – (Raportul dintre densitățile corpului și a apei).

• densitate cutii fabricat din folie de aluminiu este mai puțin dens decât apa, iar densitatea unui bulgăre de folie comprimat este mai mare decât densitatea apei.
• Condiții pentru corpurile plutitoare: chiuvete dacă ρ t ˃ ρ apă; plutește în sus dacă ρ t ˂ ρ apă; plutește dacă ρ t = ρ apă. (ρ aluminiu = 2700 kg/m3; ρ apă = 1000 kg/m3).

IV. Reflecţie

Experiența 3. Priviți și explicați funcționarea dispozitivului realizat de elev conform temei pentru §52 (p. 55 din manual). „Scafandru cartezian”. În loc de o sticlă transparentă, elevul a folosit o pipetă obișnuită.

Dispozitivul vă permite să demonstrați legile plutirii corpurilor.

V. Tema pentru acasă

§52; exercițiul 27(3,5,6).

Autoanaliză a lecției

Tema lecției de fizică de clasa a VII-a este „Condițiile pentru corpurile plutitoare”. Sunt 20 de elevi în clasă. Majoritatea dintre ei au o bună pregătire matematică. Băieții sunt curioși și activi. Ei lucrează bine într-o echipă. Participați la pregătirea echipamentului pentru lecție.

Scopul lecției: să-i intereseze pe elevi, să-i apropie de rezolvarea independentă a situațiilor problematice. În timpul lecției, copiii învață să planifice în mod independent modalități de atingere a obiectivelor, inclusiv cele alternative, și să aleagă în mod conștient modalitățile cele mai eficiente de a rezolva o problemă.

Tipul de lecție - o lecție despre repetarea cunoștințelor subiectului - vă permite să testați cunoștințele dobândite în lecția anterioară și să vă pregătiți pentru rezolvarea problemelor pe tema în lecția următoare.

Etapele selectate ale lecției sunt conectate logic între ele, există o tranziție lină de la una la alta. În timpul lecției, profesorul doar ghidează și corectează acțiunile elevilor, care lucrează independent aproape toată lecția. Pentru a economisi timp la finalizarea părții practice, în timpul orelor suplimentare, elevii au pregătit două capsule cu nisip, umplute integral și parțial (sarcinile 1 și 2), a treia a rămas goală. În timpul lecției, copiii au învățat să tragă concluzii din experiment și au discutat activ soluții la situații problematice. În etapa finală, atenția copiilor a fost din nou concentrată pe tema lecției. Profesorul a comentat temele și a dat note pentru răspunsurile orale, după lecție, s-au verificat caietele pentru lucrările de laborator;

Consider că obiectivele lecției au fost atinse: copiii au învățat să analizeze, să evidențieze (principalul, esențial), să compare, să clasifice, să generalizeze fapte și concepte și să găsească soluții la situații problematice. Lecția a creat o atmosferă de căutare colectivă, bucurie emoțională, bucurie de a învăța și bucuria de a depăși dificultățile.

Condiții de navigație

Scopul lecției: clarificarea condițiilor de plutire a corpurilor în funcție de densitatea materiei și a lichidului.

Educational:

familiarizarea elevilor cu concepte: starea corpurilor plutitoare

formarea unei percepţii holistice a imaginii ştiinţifice a lumii

Educational:

dezvoltarea stilului de gândire operațional al elevilor;

dezvoltarea gândirii sintetice a elevilor;

dezvoltarea deprinderii și deprinderii în realizarea experimentelor;

continuarea lucrărilor privind dezvoltarea abilităților intelectuale: evidențierea principalului lucru, analiză, capacitatea de a trage concluzii, precizare;

Educatori:

dezvoltarea interesului studenților pentru studiul fizicii;

cultivarea acurateței, abilității și abilităților în utilizarea rațională a timpului, planificarea activităților.

Echipament pentru lecție:

Eprubetă cu dop, minge de cartofi, plastilină, apă, soluție saturată de sare, vas, dinamometru, cântar cu greutăți

1. Introducere. Actualizarea cunoștințelor.

Astăzi, un elev din clasa ta va începe lecția. Deci haideți să ascultăm cu atenție

Limba balenei albastre cântărește 3 tone, ficatul are 1 tonă, inima are 600-700 kg, sângele are 10 tone, diametrul arterei dorsale este de 40 cm, iar stomacul conține 1-2 tone de hrană; gura de balenă - cameră cu o suprafață de 24 m2.ÎN aruncat la mal, moare aproape instantaneu.

O plantă interesantă trăiește în Oceanul Pacific - aceasta este macrocystis. Lungimea sa ajunge la 57 de metri, iar greutatea sa este de 100 de kilograme. Această algă se numește bladderwrack. Lângă fiecare limbă de frunze se află o bula de mărimea unui măr mare. Coaja este groasă, nu o vei perfora! Este umflat strâns, strâns cu un fel de gaz pe care algele în sine îl produc. Această plantă este foarte utilă.

L porci și rațe, grele și stângace pe țărm, Dar atât de ușor și grațios în apă.

G o navă din fier se scufundă, dar o navă din fier plutește

2. Formuleaza tema lectiei???

Condiții de navigație

Obiectivele lecției:

Învață să obții formule pentru condițiile de plutire ale corpurilor.

Învață să lucrezi cu instrumente, să observi, să analizezi și să compari rezultatele experimentale și să tragi concluzii.

Aflați starea în care un corp se scufundă într-un lichid și condiția de plutire a corpurilor complet scufundate într-un lichid.

3.Experienta:

– Am în mâini mai multe blocuri și bile de același volum. Forțele de flotabilitate ale acestor corpuri vor fi aceleași atunci când sunt scufundate în apă? (la fel)

- Să încercăm să le punem în apă. Ce vedem? Unele cadavre s-au înecat, altele au plutit. De ce? Ce altceva nu am mai ținut cont când am vorbit despre scufundarea corpurilor în lichid?

Concluzie din experienta:

Aceasta înseamnă că un corp se scufundă sau nu depinde nu numai de forța lui Arhimede, ci și de forța gravitației.

4. Să repetăm ​​materialul din lecția anterioară

Ce forță se numește forță arhimediană?

De ce cantitati depinde?

Ce formulă este folosită pentru a o calcula?

Cum altfel poți determina forța de flotabilitate?

In ce unitati se masoara?

Cum este direcționată forța arhimediană?

Cum se determină gravitația

Care este direcția gravitației?

Care este forța rezultantă?

Cum se găsește rezultanta a două forțe direcționate de-a lungul unei linii drepte într-o direcție? În direcții diferite?

Cum se va comporta un corp sub influența a două forțe egale, dar direcționate în mod opus?

5. Prezentarea de material nou. Consolidare primară.

Să ne uităm la diferite situații

(Ft >FA) (Ft =FA) (Ft< FА)

Să facem presupuneri (ipoteză)

dacă forța gravitației este mai mare decât forța lui Arhimede (Ft > FA) -- Corpul se scufundă

dacă forța gravitației este egală cu forța lui Arhimede (Ft = FA) – Corpul plutește,

dacă forța gravitației este mai mică decât forța lui Arhimede (Ft< FА) ---Тело всплывает

Ipoteza trebuie testată experimental.

Înainte de tine sunt diverse corpuri și dispozitive.

Ce materiale ar trebui folosite pentru a ne demonstra presupunerile?

(dinamometru, lichid, corp)

Ce măsurători să faceți (determinați forța lui Arhimede și forța gravitațională și comparați-le între ele) sau calculați folosind formule.

Completați tabelul

A= ρ șiV g =

Ft = mg =

concluzie (raportul dintre gravitație și forța arhimediană determină capacitatea corpului: de a înota, de a se scufunda sau de a pluti)

Raportul dintre gravitație și forța arhimediană determină capacitatea corpului de a înota, de a se scufunda sau de a pluti.

Demonstrații: 1. Corpul unei eprubete plutește în apă. 2. O bila de cartofi se scufunda in apa. 3. Aceeași minge de cartofi plutește în apă sărată. 4. O minge de plastilină se scufundă în apă 5. O barcă de plastilină plutește în apă

Pentru ca un corp să plutească, este necesar ca forța gravitațională care acționează asupra lui să fie echilibrată de forța arhimediană (de plutire).

Ft = Fa (1)

Forța arhimediană: F a = ρ f V f g (2)

Gravitație: F t = mg = ρVg (3)

Să substituim expresiile (2) și (3) în egalitatea (1): ρVg = ρ f V f g

Împărțind ambele părți ale acestei egalități cu g, obținem condiția pentru plutirea corpurilor într-o nouă formă:

ρV = ρ f V f

Pentru ca un corp să plutească, ieșind parțial deasupra suprafeței lichidului, densitatea corpului trebuie să fie mai mică decât densitatea lichidului. Când densitatea corpului este mai mare decât densitatea lichidului, corpul se scufundă, deoarece forța gravitației depășește forța arhimediană.

Analiza exercițiului:

– Ce substanțe (gheață, stearina, ceară, cauciuc, cărămidă) vor pluti în apă, lapte, mercur?

– Folosind tabelul, determinați ce metale se scufundă în mercur? (osmiu, iridiu, platină, aur)

– Ce substanțe vor pluti în kerosen? (pluta, pin, stejar)

4. Aplicarea condițiilor de plutire pentru corpuri

A) Nave cu pânze

- Și acum trebuie să explicăm de ce se scufundă un cui de oțel, dar plutește o navă din oțel?

- Să luăm plastilină. Dacă îl pui în apă, se îneacă. Cum să te asigur că nu se îneacă?

B) Înotul peștilor și balenelor

Cum își pot schimba peștii și balenele adâncimea de scufundare? (pește din cauza unei modificări a volumului vezicii natatoare, balenele din cauza unei modificări a volumului plămânilor, adică din cauza forței lui Arhimede)

Densitatea organismelor vii care locuiesc în mediul acvatic diferă foarte puțin de densitatea apei, astfel încât greutatea lor este aproape complet echilibrată de forța arhimediană. Peștele își poate modifica volumul corpului prin comprimarea vezicii natatoare cu eforturile mușchilor pectoral și abdominali, modificând astfel densitatea medie a corpului său, datorită căreia își poate regla adâncimea scufundării.

Vezica natatoare a unui pește își schimbă cu ușurință volumul. Când un pește, cu ajutorul mușchilor, coboară la o adâncime mai mare și presiunea apei asupra acestuia crește, bula se contractă, volumul corpului peștelui scade și acesta înoată în adâncuri. Când se ridică, vezica natatoare și volumul peștelui crește și plutește la suprafață. Acesta este modul în care peștele își reglează adâncimea scufundării. Vezica înotătoare a unui pește Este interesant

Balenele își reglează adâncimea de scufundare prin creșterea și scăderea capacității pulmonare. Acest lucru este interesant

Densitatea medie a organismelor vii care locuiesc în mediul acvatic diferă puțin de densitatea apei, astfel încât greutatea lor este aproape complet echilibrată de forța arhimediană. Datorită acestui fapt, animalele acvatice nu au nevoie de schelete puternice și masive. Din același motiv, trunchiurile plantelor acvatice sunt elastice.

Păsările au un strat gros, impermeabil la apă, de pene și puf, care conține o cantitate semnificativă de aer, din cauza căreia densitatea medie a corpului lor este foarte scăzută, astfel încât rațele nu se scufundă mult în apă când înoată.

B) Navigație submarină

– Cum pot submarinele să se ridice și să coboare la diferite adâncimi? (datorită modificărilor masei sale și, prin urmare, gravitației)

D) Înotul uman în apă dulce și apă sărată

Densitatea medie a corpului uman este de 1030 kg/m. O persoană va înota sau se va îneca în râu și în lacul sărat?

Corpuri plutitoare

203. Un înotător întins nemișcat pe spate pe apă respiră adânc și expiră. Cum se schimbă poziția corpului înotătorului în raport cu suprafața apei? De ce?

204. Forțele de flotabilitate care acționează asupra aceluiași bloc de lemn plutesc mai întâi în apă și apoi în kerosen la fel?

205. De ce plutește o placă așezată plat pe suprafața apei, dar una plasată cu marginea în apă se scufundă?

206. Poate un colac de salvare să țină o mulțime de oameni care se apucă de el?

207. Plăci grele de plumb sunt așezate pe pieptul și spatele scafandrului, iar tălpile de plumb sunt atașate de pantofi. De ce fac asta?

208. O bucată de lemn se coboară într-un vas cu apă. Va modifica aceasta presiunea de la fundul vasului dacă apa nu se revarsă din vas?

209. Un pahar se umple până la refuz cu apă. În ea se pune o bucată de lemn, astfel încât să plutească liber. Greutatea paharului se va schimba dacă apa încă îl umple până la refuz?

Răspunsuri: 203. Când inspiră, înotătorul plutește în sus, iar când expiră, se cufundă mai adânc în apă, deoarece atunci când respiră, volumul pieptului se modifică și forța arhimediană se modifică în consecință.

(Când inspiră, înotătorul plutește în sus, când expiră, se cufundă mai adânc în apă, deoarece în timpul respirației volumul pieptului se modifică, dar greutatea corporală rămâne aproape constantă. Prin urmare, volumul total al corpului crește la inhalare, scade la expirare, iar volumul părții corpului scufundată în apă nu se modifică.)

204. La fel. Blocul plutește în ambele fluide, ceea ce înseamnă că forța de plutire în fiecare dintre ele este egală cu forța gravitației care acționează asupra acestuia.

206. Nu, deoarece forța de ridicare (diferența dintre forța maximă arhimediană și forța gravitațională) a unui cerc are o valoare limitată.

207. Pentru a crește forța gravitației și a o face mai mare decât forța arhimediană, în caz contrar scafandrul nu se va scufunda la adâncimea necesară.

208. Presiunea va crește pe măsură ce nivelul apei din vas crește.

209. Nu se va schimba, deoarece greutatea unei bucăți de lemn este egală cu greutatea apei deplasate de aceasta (și turnată din pahar).

6. Sarcina experimentală.

Determinați greutatea corporală:m=

DefiniFt conform formulei și folosind un dinamometru, completați tabelul.

Definiți FAFolosind formula și folosind un dinamometru, completați tabelul.

Formulați o concluzie (raportul dintre gravitație și forța arhimediană determină capacitatea corpului: de a înota, de a se scufunda sau de a pluti)

Completați tabelul

A= ρ șiV g =

Ft = mg =

concluzie (pe baza experimentului)

concluzie (de fapt)

Ft =

7. Tema pentru acasă:

8.Concluzie: cu Acum ora lecției noastre se apropie de sfârșit. Și deși nu am rezolvat toate problemele, călătoria noastră pe drumurile fizicii nu se termină!

Plutirea este capacitatea corpului de a rămâne pe suprafața unui lichid sau la un anumit nivel în interiorul unui lichid.

Știm că orice corp dintr-un lichid este acționat asupra a două forțe direcționate în direcții opuse: gravitația și forța arhimediană.

Forța gravitației este egală cu greutatea corpului și este îndreptată în jos, în timp ce forța arhimediană depinde de densitatea lichidului și este îndreptată în sus. Cum explică fizica plutirea corpurilor și care sunt condițiile pentru care corpurile plutitoare la suprafață și în coloana de apă?

Forța arhimediană este exprimată prin formula:

Fot = g*m f = g* ρ f * V f = P f,

unde m este masa lichidului,

iar Pf este greutatea fluidului deplasat de corp.

Și întrucât masa noastră este egală cu: m f = ρ f * V f, atunci din formula forței arhimediene vedem că aceasta nu depinde de densitatea corpului scufundat, ci doar de volumul și densitatea fluidului deplasat. de corp.

Forța arhimediană este o mărime vectorială. Motivul existenței forței de flotabilitate este diferența de presiune pe părțile superioare și inferioare ale corpului Presiunea indicată în figură este P 2 > P 1 datorită adâncimii mai mari. Pentru ca forța lui Arhimede să apară, este suficient ca corpul să fie cel puțin parțial scufundat în lichid.

Deci, dacă un corp plutește pe suprafața unui lichid, atunci forța de plutire care acționează asupra părții acestui corp scufundată în lichid este egală cu forța gravitațională a întregului corp. (Fa = P)

Dacă forța gravitației este mai mică decât forța arhimediană (Fa > P), atunci corpul se va ridica din lichid, adică va pluti.

În cazul în care greutatea corpului este mai mare decât forța arhimediană care îl împinge afară (Fа

Din raportul obținut se pot trage concluzii importante:

Forța de flotabilitate depinde de densitatea lichidului. Dacă un corp se scufundă sau plutește într-un lichid, depinde de densitatea corpului.

Un corp plutește atunci când este complet scufundat într-un lichid dacă densitatea corpului este egală cu densitatea lichidului

Un corp plutește, ieșind parțial deasupra suprafeței lichidului, dacă densitatea corpului este mai mică decât densitatea lichidului

- dacă densitatea corpului este mai mare decât densitatea lichidului, înotul este imposibil.

Bărcile pescarilor sunt făcute din lemn uscat, a cărui densitate este mai mică decât cea a apei.

De ce plutesc navele?

Coca unei nave care este scufundată în apă este făcută voluminoasă, iar în interiorul acestei nave există cavități mari umplute cu aer, care reduc foarte mult densitatea totală a navei. Volumul de apă deplasat de navă este astfel mult crescut, crescându-i forța de plutire, iar densitatea totală a navei se face mai mică decât densitatea apei, astfel încât nava să poată pluti la suprafață. Prin urmare, fiecare navă are o anumită limită a masei de încărcătură pe care o poate transporta. Aceasta se numește deplasarea navei.

Un corp scufundat într-un lichid, pe lângă gravitație, este supus unei forțe de plutire - forța Arhimede. Lichidul apasă pe toate părțile corpului, dar presiunea nu este aceeași. La urma urmei, marginea inferioară a corpului este scufundată în lichid mai mult decât cea superioară, iar presiunea crește odată cu adâncimea. Adică, forța care acționează pe fața inferioară a corpului va fi mai mare decât forța care acționează pe fața superioară. Prin urmare, apare o forță care încearcă să împingă corpul afară din lichid.

Valoarea forței arhimediene depinde de densitatea lichidului și de volumul acelei părți a corpului care se află direct în lichid. Forța lui Arhimede operează nu numai în lichide, ci și în gaze.

Legea lui Arhimede: un corp scufundat într-un lichid sau un gaz este supus unei forțe de plutire egală cu greutatea lichidului sau a gazului în volumul corpului. Pentru a calcula forța lui Arhimede, este necesar să se înmulțească densitatea lichidului, volumul părții corpului scufundată în lichid și valoarea constantă g.

Un corp care se află în interiorul unui lichid este acționat de două forțe: gravitația și forța lui Arhimede. Sub influența acestor forțe corpul se poate mișca. Există trei condiții pentru corpurile plutitoare:

Dacă forța gravitației este mai mare decât forța arhimediană, corpul se va scufunda și se va scufunda în fund.

Dacă forța gravitației este egală cu forța lui Arhimede, atunci corpul poate fi în echilibru în orice punct al lichidului, corpul plutește în interiorul lichidului.

Dacă forța gravitației este mai mică decât forța arhimediană, corpul va pluti și se va ridica în sus.

Corpuri plutitoare pe suprafața unui lichid

Într-o poziție de suprafață, două forțe acționează asupra unui corp plutitor de-a lungul axei OZ (Fig. 1.1). Aceasta este forța de gravitație a corpului Gși forța arhimediană plutitoare P z .

înot, adică scufundat . Conceptele de bază ale teoriei înotului includ următoarele:

- avion de înot(I-I) - planul suprafeței libere a lichidului care intersectează corpul;

- linia de plutire - linia de intersecție a suprafeței corpului și planul de înot;

- proiect (y)– adâncimea de scufundare a punctului cel mai de jos al corpului. Pescajul maxim admisibil al navei este marcat pe acesta cu o linie de plutire roșie;

- deplasare - greutatea apei deplasată de un vas. Deplasarea navei la sarcină maximă este principala sa caracteristică tehnică;

Centrul de deplasare (punctul D, Fig. 1.1) este centrul de greutate al deplasării prin care trece linia de acțiune a forței arhimediene plutitoare;

Axa de înot (О О ") este o linie care trece prin centrul de greutate C și centrul de deplasare D atunci când corpul este în echilibru.

Pentru a menține echilibrul, axa de topire trebuie să fie verticală. Dacă o forță externă, de exemplu forța presiunii vântului, acționează asupra unei nave plutitoare în direcția transversală, atunci nava se va înclina, axa de navigație se va roti în raport cu punctul C și va apărea un cuplu Mk, rotind vasul relativ. față de axa longitudinală în sens invers acelor de ceasornic (Fig. 1.2)

Stabilitatea unui corp plutitor depinde de poziția relativă a punctelor C și D. Dacă centrul de greutate C este sub centrul de deplasare D, atunci în timpul navigării la suprafață corpul este întotdeauna stabil, deoarece cuplul Mk care apare în timpul unei rulări este întotdeauna îndreptată în direcția opusă rolei.

Dacă punctul C este situat deasupra punctului D (Fig. 1.3), atunci corpul plutitor poate fi stabil sau instabil. Să luăm în considerare aceste cazuri mai detaliat.

La călcâie, centrul deplasării D se deplasează orizontal spre călcâi, deoarece o parte a vasului deplasează un volum mai mare de apă decât cealaltă.

Apoi linia de acțiune a forței arhimediene plutitoare P z va trece prin noul centru de deplasare D" și se va intersecta cu axa de navigație OO" în punctul M, numit metacentru. Pentru a formula condiția de stabilitate, notăm segmentul

M D 1 = b,аСD 1 =∆ , Unde b - raza metacentrică; ∆-excentricitate.

Condiție de stabilitate: un corp este stabil dacă raza sa metacentrică este mai mare decât excentricitatea sa, adică b > ∆.

O interpretare grafică a stării de stabilitate este prezentată în Fig. 1.3, din care reiese clar că în cazul a) b > ∆ iar cuplul rezultat este îndreptat în direcția opusă rolei, iar în cazul b) avem: b< ∆ si moment M k rotește corpul în direcția de rulare, adică corpul nu este stabil.

Deplasare navă (navă) - cantitatea de apă deplasată de partea subacvatică a corpului navei (navei). Greutatea acestei cantități de lichid este egală cu greutatea întregii nave, indiferent de dimensiunea, materialul și forma acesteia.

Distinge volumetricȘi masiv standard, normal, complet, cel mai mare, gol deplasare.

Deplasarea volumetrica Linia de plutire(olandeză linia de plutire) - linia de contact dintre suprafața apei calme și carena unui vas plutitor. De asemenea, în teoria unei nave, există un element de desen teoretic: o secțiune a carenei printr-un plan orizontal.

Deplasarea în masă

Deplasare standard

Deplasare normală

Deplasarea totală

Deplasare maximă

Deplasare ușoară

Deplasare scufundată

Deplasarea la suprafață

Stabilitatea corpurilor plutitoare

Stabilitate corpurile plutitoare reprezintă capacitatea lor de a reveni la poziția inițială după ce au fost îndepărtate din această poziție datorită influenței oricăror forțe externe.

Pentru a conferi stabilitate unui corp plutitor, este necesar ca atunci când acesta se abate de la o poziție de echilibru, să se creeze o pereche de forțe, care vor readuce corpul în poziția inițială. O astfel de pereche de forțe poate fi creată doar de forțe GȘi P n Sunt posibile trei opțiuni diferite pentru aranjarea relativă a acestor forțe (Fig. 5.3).

Orez. 5.3. Stabilitatea corpurilor semi-scufundate cu pozițiile relative ale centrului de greutate și centrului de deplasare AȘi b– echilibru stabil

Centrul de masă este situat sub centrul de deplasare.La călcâie, centrul de deplasare se mișcă atât din cauza modificării poziției corpului, cât și din cauza modificării formei volumului deplasat. În acest caz, apare o pereche de forțe care se străduiesc să readucă corpul în poziția inițială. În consecință, organismul are o stabilitate pozitivă.

Centrul de masă coincide cu centrul de deplasare– corpul va avea si stabilitate pozitiva datorita unei deplasari a centrului de deplasare datorita unei modificari a formei volumului deplasat.

Centrul de masă este deasupra centrului de deplasare Există două opțiuni principale aici (Fig. 5.4):

1) punctul de intersecție al forței de ridicare cu axa de înot M (metacentrul) se află sub centrul de masă - echilibrul va fi instabil (Fig. 5.4, A);

2) metacentrul se află deasupra centrului de masă - echilibrul va fi stabil (Fig. 5.4, b). Distanța de la metacentru la centrul de masă se numește înălțimea metacentrică. Metacentrul - punctul în care liftul intersectează axa de plutire. Dacă punctul M se află deasupra punctului CU, atunci înălțimea metacentrică este considerată pozitivă dacă se află sub punct CU– atunci este considerat negativ.

Astfel, se pot trage următoarele concluzii:

stabilitatea unui corp în stare semi-scufundată depinde de amplasarea relativă a punctelor MȘi CU(de la înălțimea metacentrică);

corpul va fi stabil dacă înălțimea metacentrică este pozitivă, adică. Metacentrul este situat deasupra centrului de greutate. Aproape toate vehiculele militare amfibii sunt construite cu o înălțime metacentrică de 0,3-1,5 m.

Orez. 5.4. Stabilitatea corpurilor semi-submerse cu pozițiile relative ale centrului de greutate și ale metacentrului:

A– echilibru instabil; b– echilibru stabil

Deplasare navă (navă) - cantitatea de apă deplasată de partea subacvatică a corpului navei (navei). Masa acestei cantități de lichid este egală cu masa întregii nave, indiferent de dimensiunea, materialul și forma acesteia.

Distinge volumetricȘi masiv deplasare. În funcție de starea de încărcare a navei, se disting standard, normal, complet, cel mai mare, gol deplasare.

Pentru submarine există sub apă deplasare şi suprafaţă deplasare.

Deplasarea volumetrica

deplasare egală cu volumul părții subacvatice a navei (navei) la linia de plutire.

Deplasarea în masă

deplasare egală cu masa navei (vasului).

Deplasare standard

deplasarea unei nave (nave) complet echipate cu un echipaj, dar fără rezerve de combustibil, lubrifianți și apă potabilă în rezervoare.

Deplasare normală

deplasare egală cu deplasarea standard plus jumătate din cantitatea de combustibil, lubrifianți și apă potabilă din rezervoare.

Deplasarea totală

deplasare egală cu deplasarea standard plus rezerve complete de combustibil, lubrifianți, apă potabilă în rezervoare și marfă.

Deplasare maximă

deplasare egală cu deplasarea standard plus rezervele maxime de combustibil, lubrifianți, apă potabilă în rezervoare, marfă.

Deplasare ușoară)

deplasarea unei nave (nave) goale, adică a unei nave (nave) fără echipaj, combustibil, provizii etc.

Deplasare scufundată

deplasarea unui submarin (bayscaphe) și a altor nave subacvatice în poziție scufundată. Depășește deplasarea la suprafață cu masa de apă primită atunci când este scufundată în rezervoarele principale de balast.

Deplasarea la suprafață

deplasarea unui submarin (batiscaf) și a altor nave subacvatice într-o poziție la suprafața apei înainte de scufundare sau după ieșire la suprafață.