Решебник по физике 7 класс Перышкин §49

1. Почему тяжёлые суда могут плавать?

Тяжелые суда могут плавать, потому что вес судна с грузом в воздухе (или действующая на судно с грузом сила тяжести) равен весу воды, вытесняемой подводной частью судна. Объем подводной части судна может достигать сотен тысяч кубических метров и во много раз превышать объем стали, из которой сделан корпус судна. Поэтому возникает большая архимедова сила, способная удержать судно на плаву.

На корпус судна наносят ватерлинию, чтобы указать наибольшую допустимую осадки. Погружение судна ниже или выше ватерлинии может привести к его затоплению или опрокидыванию.

Грузоподъемность судна – это разность между водоизмещением и весом самого судна.

Подъемную силу шара, наполненного газо, можно рассчитать следующим образом: сначала рассчитываем массу водорода, заполняющего оболочку шара, затем его вес P_в. Рассчитываем архимедову силу F_А, действующую на этот шар в воздухе, она равна весу воздуха. Отсюда вес груза, который может поднять этот шар, равен F = F_А – P_в.

Но прежде всего шар должен поднять свою оболочку, поэтому вес груза, который может поднять шар, будет меньше рассчитанной величины на вес оболочки.

Действующая на шар архимедова сила по мере его подъема становится меньше, так как плотность атмосферного воздуха уменьшается по мере удаления от поверхности земли. После того, как она уменьшится до значения F_А = F_тяж, подъем шара прекращается. Чтобы подняться выше, нужно, чтобы сила тяжести вновь стала меньше архимедовой силы. Для этого с шара сбрасывают специально взятый груз (балласт).

С помощью газовой горелки можно регулировать температуру воздуха, а вместе с ней и его плотность. Горелка располагается под отверстием, находящимся в нижней части шара. При увеличении пламени горелки воздух будет сильнее нагреваться, а шар подниматься выше. Уменьшая пламя горелки и соответственно температуру воздуха, шар можно опустить вниз.

Если в лодку сядут еще два человека, и нарушится условие плавания тел F_А = F_тяж , то глубина погружения лодки увеличится, и она начнет тонуть.

Равновесие весов нарушится, так как увеличится объем (шар раздуется), и увеличится выталкивающая сила (сила Архимеда F_A = ρ_воздVg). Левая чаша поднимется.

Когда из-под колокола воздушного насоса откачали воздух, нарушилось равновесие весов. Это произошло потому, что при откачке воздуха на шар перестала действовать архимедова сила, что привело к увеличению его веса и нарушению равновесия.

Современные подводные лодки не обладают просторными кабинетами, залами и каютами, потому что при большом объеме кают может увеличиться масса подлодки, что приведет к увеличению силы тяжести и как следствие – ухудшению плавучести и контроля глубины погружения.

Изготовив модель корабля из пластиковой бутылки, определили, что максимальный груз, который может принять наш корабль, составляет 500 г

Более совершенную модель корабля построили с помощью пластмассового контейнера. Он смог вместить в себя груз максимальным весом 1 кг.

Ареометр - это прибор, используемый для измерения плотности жидкости. Работа ареометра основана на принципе плавучести. Ареометр состоит из стеклянной или пластиковой трубки с грузиком (обычно из свинца) на одном конце и шкалой с делениями на другом конце. Вводим ареометр в жидкость, которую хотим измерить. Плавучий грузик будет держать ареометр в вертикальном положении. В зависимости от плотности жидкости, ареометр будет подниматься или опускаться внутри жидкости. Более плотная жидкость будет выталкивать больше объема ареометра, и он будет подниматься выше. Наоборот, менее плотная жидкость позволит ареометру погрузиться глубже. Считаются показания шкалы на уровне поверхности жидкости. Шкала ареометра обычно имеет деления, которые показывают плотность жидкости в единицах, таких как г/см³ или г/мл.

Иван и Лена рассуждали о влиянии атмосферного давления на человека. Они решили разобраться в том, почему во время посадки и взлёта самолёта человек испытывает боль в ушах. Ребята прочитали в медицинской энциклопедии, что внутри уха есть барабанная перепонка и полость, находящаяся за ней, соединяется с носом слуховой трубой.

Исследуя данный вопрос, Иван предположил, что боль и заложенность в ушах увеличиваются в самолёте из-за насморка. Лена же считала, что нос человека не имеет отношения к боли в ушах. В качестве аргумента она привела в пример себя. Лена занимается синхронным плаванием, и нос перед началом тренировки она зажимает специальной прищепкой.

Атмосферное давление не имеет непосредственного отношения к боли в ушах. Однако изменения атмосферного давления могут оказывать влияние на уши и вызывать различные симптомы. Один из наиболее распространенных примеров – это боли, связанные с изменениями высоты, например, при полете на самолете. Во время взлета или снижения самолета происходят изменения давления в окружающей среде. Если необходимое время не предоставляется для выравнивания давления между средним ухом и окружающей средой, то может возникнуть неприятное ощущение в ушах и дискомфорт. Это объясняется тем, что ухо состоит из разных отделов, которые нуждаются в согласованном давлении, чтобы функционировать правильно.

Чтобы справиться с этим дискомфортом, можно попробовать жевать жвачку, глотать или делать простые упражнения. Эти действия помогут открыть евстахиевы трубы и выровнять давление в ушах.

Давление на земле может варьироваться от сверхмалых значений до супербольших, в зависимости от конкретных условий. Обычно атмосферное давление на уровне моря составляет около 1013 гектопаскалей (гПа) или 1 атмосферы. Однако это значение может колебаться в различных местах и в разное время.

Вот несколько примеров диапазонов атмосферного давления:

1) Высокое давление: Высокое давление, также известное как антициклон, характеризуется более высокими значениями атмосферного давления. Обычно оно находится в диапазоне от 1020 до 1050 гПа. Такие условия обычно связаны с ясной и стабильной погодой.

2) Нормальное давление: Нормальное атмосферное давление составляет около 1013 гПа. Это значение принято за стандартное и используется в метеорологии для сравнения других значений давления.

3) Низкое давление: Низкое давление, или циклон, характеризуется более низкими значениями атмосферного давления. Оно может находиться в диапазоне от 980 до 1000 гПа или даже ниже. Такие условия обычно ассоциируются с плохой погодой, облачностью, осадками и ветром.

Но были зафиксированы и различные экстремальные значения атмосферного давления в разных частях мира.

1) Наивысшее атмосферное давление: В некоторых областях Сибири и Антарктиды, где воздух сильно охлаждается и становится плотным, были зарегистрированы очень высокие значения атмосферного давления. Например, рекордное атмосферное давление, измеренное на суше, составило около 1083 гектопаскаля (гПа) в городе Агата, Сибирь, Россия, в 1968 году.

2) Наименьшее атмосферное давление: Самые низкие значения атмосферного давления обычно связаны с мощными циклонами и штормами. Рекордно низкое атмосферное давление на суше составило около 870 гПа в районе Тайфунес-Айленд, Западная Австралия, в 1979 году.

Использование атмосферного давления лежит в основе принципа действия автопоилки для птиц. Пока горлышко бутылки находится ниже уровня воды в корытце, из бутылки вода не выливается. Это значит, что атмосферное давление на открытую поверхность воды уравновешивает давление воздуха и столба воды в бутылке. Когда птица пьет и горлышко бутылки выходит из воды, часть воды выливается из бутылки в корытце.

Давление - это физическая величина, которая характеризует силу, с которой газ или жидкость действует на поверхность. Измерение давления является важной задачей в различных областях науки, техники и промышленности. Мы рассмотрим, когда и для чего измеряют давление.

1) Метеорология:

- Давление используется для изучения погоды и состояния атмосферы. Измерения атмосферного давления проводятся с помощью барометров и барографов. Они помогают определить текущее давление и изменения воздушного давления, что позволяет прогнозировать погоду и анализировать климатические условия.

2) Промышленность и техника:

- Измерение давления широко применяется в промышленности для контроля процессов и обеспечения безопасности. Оно используется в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, в производстве и контроле качества пищевых продуктов, в нефтегазовой промышленности, в автомобильной промышленности и других областях.

- Измерение давления проводится с помощью манометров, датчиков давления и других устройств. Оно позволяет контролировать и регулировать давление в системах и оборудовании, обнаруживать утечки и сигнализировать об аномалиях.

3) Медицина:

- Давление измеряется в медицинских целях для диагностики и контроля состояния пациентов. Артериальное давление измеряется с помощью тонометра для оценки работы сердечно-сосудистой системы и выявления гипертонии или гипотонии. Давление также может измеряться внутри тела с помощью катетеров и специальных устройств.

4) Физика:

- В физике давление является важной характеристикой газов и жидкостей. Оно измеряется для проведения экспериментов, исследования свойств вещества, изучения гидростатического давления, аэродинамики и других явлений.

5) Авиация и аэронавтика:

- В авиации и аэронавтике измерение давления имеет важное значение для безопасности полетов и работы воздушных судов. Давление измеряется с помощью альтиметров, которые определяют высоту над уровнем моря. Это позволяет пилотам оценивать текущую высоту и следить за изменениями давления во время полета.

6) Гидравлика и пневматика:

- Давление играет ключевую роль в системах гидравлического и пневматического привода. Измерение давления позволяет контролировать и регулировать работу этих систем, обеспечивая передачу силы и энергии в механизмах и устройствах, таких как гидравлические пресса, подъемники, пневматические инструменты и многое другое.

7) Научные исследования:

- В различных научных исследованиях измерение давления может быть необходимым для изучения физических и химических процессов, включая реакции, фазовые переходы и поведение веществ под высоким или низким давлением. Это может потребоваться в физике, химии, геологии и других областях науки.

Измерение давления играет важную роль в различных областях и приложениях. Оно позволяет контролировать процессы, обеспечивать безопасность, проводить исследования и диагностику. Различные устройства и инструменты используются для точного измерения давления и обеспечения надежных результатов.

Гидравлические машины - это устройства, которые используют жидкость под высоким давлением для передачи силы и выполнения различных задач. Они широко применяются в различных сферах человеческой деятельности благодаря своей эффективности, надежности и простоте в использовании. Мы рассмотрим некоторые примеры гидравлических машин и их службу у человека.

1) Гидравлический пресс: используется для обработки материалов путем применения высокого давления. Он состоит из гидравлического цилиндра, наполненного жидкостью, и поршня, который создает силу при давлении жидкости. Гидравлический пресс может использоваться для сжатия, вытягивания, штамповки, гибки и других операций, применяемых в металлообработке, производстве пластмасс и деревообработке.

2) Гидравлический подъемник: используется для поднятия и перемещения грузов или объектов. Он широко применяется в автосервисах, складах, строительстве и других отраслях. Гидравлический подъемник работает по принципу увеличения давления в гидравлической системе, что позволяет поднимать или опускать платформу или вилы с грузом.

3) Гидравлический разгрузчик (экскаватор): гидравлические разгрузчики, такие как экскаваторы, используются для выполнения различных задач в строительстве и горнодобывающей промышленности. Они оснащены гидравлическими системами, которые управляют движением стрелы, ковша и других рабочих органов. Гидравлические системы позволяют управлять силой и точностью в выполнении различных действий, таких как копание, погрузка и перемещение грунта или материалов.

4) Гидравлический тормоз: используется в автомобилях, поездах и других транспортных средствах для обеспечения безопасности и эффективности торможения.

5) Гидравлические системы в авиации: в авиации гидравлические системы играют ключевую роль в работе управления поверхностями самолета, шасси и других систем. Они обеспечивают надежное и точное управление, а также позволяют передавать большие силы при минимальном усилии пилота. Гидравлические системы воздушных судов также играют важную роль в обеспечении безопасности полетов и аварийного выпуска шасси при посадке.

6) Гидравлические системы в сельском хозяйстве: в сельском хозяйстве гидравлические машины используются для выполнения различных операций, таких как подъем и опускание сельскохозяйственной техники, включая плуги, бороны, прицепы и другие инструменты. Гидравлические системы обеспечивают мощность и точность в выполнении сельскохозяйственных работ, повышая производительность и эффективность.

Гидравлические машины находят широкое применение в различных сферах деятельности человека. Они обеспечивают высокую мощность, точность и эффективность в выполнении различных задач.

Воздушный змей – это привязной летательный аппарат, который поднимается в воздух благодаря силе ветра, действующей на его паруса. Принцип работы воздушного змея довольно прост: когда воздушный змей запускается в воздух, ветер воздействует на его паруса, создавая подъемную силу. Когда ветер воздействует на паруса воздушного змея, он создает разницу в давлении вокруг парусов. Воздух, движущийся поверх парусов, имеет большую скорость и меньшее давление, чем воздух снизу парусов. Эта разница в давлении создает подъемную силу, направленную вверх, которая превышает силу гравитации и поднимает змея в воздух.