Решебник по физике 7 класс Перышкин §49

Корпус судна имеет большой объём, поэтому судно вытесняет большой объём воды. Возникающая архимедова сила уравновешивает силу тяжести судна с грузом.

Ватерлиния показывает наибольшую допустимую осадку судна. Погружение выше ватерлинии опасно и может привести к затоплению или опрокидыванию судна.

Грузоподъёмность — это максимальный вес груза, который может перевозить судно. Она равна разности между водоизмещением и весом самого судна.

Подъёмную силу рассчитывают как разность между архимедовой силой и весом газа:

Fпод = Fₐ − Pгаза.

Если учитывать оболочку шара, её вес также нужно вычесть.

По мере подъёма плотность атмосферного воздуха уменьшается, поэтому архимедова сила, действующая на шар, становится меньше.

Увеличивая пламя горелки, воздух в шаре нагревают, его плотность уменьшается, и шар поднимается. Уменьшая нагрев, воздух охлаждают, его плотность увеличивается, и шар опускается.

Глубина погружения лодки увеличится. Вес лодки с людьми возрастёт, поэтому для его уравновешивания потребуется большая архимедова сила, а значит, лодка должна вытеснить больше воды.

Fₐ — архимедова сила

F_тяж — сила тяжести

ρ — плотность воды

g — ускорение свободного падения

V — объём вытесненной воды

V₁ — объём одного бруса

V — объём плота

ρ_в — плотность воды

ρ_ел — плотность сухой ели

Fₐ — максимальная архимедова сила

P — вес плота

F — максимальный вес груза

g — ускорение свободного падения

Масса сосуда, воздуха и шарика не изменяется. Но при раздувании шарика увеличивается объём системы и архимедова сила со стороны окружающего воздуха. Поэтому её кажущийся вес уменьшается и равновесие весов нарушается.

В воздухе на тела действует архимедова сила, причём на тело большего объёма она больше. После откачивания воздуха выталкивающая сила уменьшается, поэтому кажущиеся веса тел изменяются неодинаково и равновесие нарушается.

Fₐ — архимедова сила

F_под — подъёмная сила

P_в — вес водорода

P_об — вес оболочки

ρ_возд — плотность воздуха

ρ_в — плотность водорода

V — объём аэростата

g — ускорение свободного падения

F_под — подъёмная сила

ρ_возд — плотность воздуха

ρ_г — плотность гелия

V — объём шара

g — ускорение свободного падения

На большой глубине на корпус подводной лодки действует огромное давление воды. Поэтому прочный корпус должен выдерживать большие нагрузки, а увеличение его размеров и внутренних помещений значительно усложняет и утяжеляет конструкцию.

Цель: определить максимальный груз модели корабля.

Материалы: пластиковая бутылка с крышкой, ёмкость с водой, небольшие грузы, весы.

Ход работы: плотно закрыть пустую бутылку и положить её на воду. Постепенно добавлять одинаковые грузы, пока бутылка ещё сохраняет плавучесть и не начинает заливаться водой. Взвесить максимальный груз.

Результат: массу максимального груза нужно определить экспериментально и записать по результатам опыта.

Вывод: чем больше масса груза, тем глубже погружается модель, поскольку для равновесия ей необходимо вытеснить больше воды.

Можно изготовить модель из пластиковой бутылки, закрепив по бокам два небольших поплавка из пенопласта или закрытых пластиковых ёмкостей. Они увеличат объём вытесняемой воды и устойчивость модели. После сборки следует постепенно добавлять груз и определить её максимальную грузоподъёмность.

Ареометр свободно плавает в жидкости. В менее плотной жидкости он погружается глубже, а в более плотной — меньше. По уровню жидкости на шкале ареометра определяют её плотность.

Простейший ареометр можно сделать из тонкой трубочки, закрытой снизу и утяжелённой небольшим грузом. Его опускают в воду, отмечают уровень 1000 кг/м³, а затем градуируют по жидкостям известной плотности. Для жидкостей плотнее воды отметки располагают выше отметки 1000, а для менее плотных — ниже.

Безопасную модель можно сделать без открытого огня: изготовить лёгкий бумажный купол и показать принцип действия на потоке тёплого воздуха. Нагретый воздух имеет меньшую плотность, поэтому при достаточной выталкивающей силе лёгкая конструкция может подниматься.

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.

Во время взлёта и посадки атмосферное давление изменяется, поэтому возникает разность давлений по разные стороны барабанной перепонки. Обычно давление выравнивается через слуховую трубу, соединённую с носоглоткой. При насморке она может работать хуже, поэтому Иван прав в том, что насморк способен усилить заложенность и боль.

Ситуация Лены другая: при плавании давление изменяется главным образом из-за давления воды, а зажим носа сам по себе не перекрывает слуховую трубу. Поэтому эти ситуации нельзя считать одинаковыми.

Можно изготовить модель поилки для птиц из перевёрнутой бутылки с водой, горлышко которой немного погружено в чашку. Когда уровень воды опускается ниже горлышка, внутрь бутылки попадает воздух и часть воды вытекает. Когда горлышко снова оказывается под водой, поступление воздуха прекращается и вода перестаёт вытекать.

Простейшую модель барометра можно сделать из банки, эластичной плёнки, соломинки-стрелки и шкалы. Плёнку плотно натягивают на горлышко банки, а к её середине прикрепляют лёгкую стрелку. При изменении атмосферного давления плёнка немного прогибается, и стрелка перемещается.

Пример модели: соединить трубкой два шприца разного диаметра и заполнить систему водой без пузырьков воздуха. При нажатии на меньший поршень давление передаётся жидкости и действует на большой поршень. Больший поршень создаёт большую силу, что демонстрирует принцип гидравлической машины.

Пример модели воздушного шара: лёгкий пакет или оболочку расположить над потоком тёплого воздуха без использования открытого огня. Нагретый воздух внутри имеет меньшую плотность, чем окружающий холодный воздух. Если выталкивающая сила станет больше силы тяжести конструкции, модель поднимется.