Решебник по физике 7 класс Перышкин | Страница 165

1. Назовите условия, при которых находящееся в жидкости тело тонет; плавает; всплывает.

Условия, при которых

1) тело тонет: если сила тяжести больше архимедовой силы, то тело будет глубже погружаться в жидкость, тонуть; плотность тела больше плотности жидкости;

2) тело плавает: если сила тяжести равна архимедовой силе, то тело может находиться в равновесии в любом месте жидкости; плотность тела равна плотности жидкости;

3) тело всплывает: если сила тяжести меньше архимедовой силы, то тело будет подниматься из жидкости, всплывать; плотность тела меньше плотности жидкости.

Опыт на рисунке 158: в отливной сосуд до уровня отливной трубки наливают воду. Определяют вес тела в воздухе, а затем помещают его с сосуд. Тело вытеснит воду в объеме, равном объему погруженной в нее части тела. Определив вес воды, вытесненной телом, получим, что ее вес равен силе тяжести, действующей на плавающее тело, или весу этого тела в воздухе.

Вывод по опыту: тело плавает внутри жидкости или на ее поверхности, если вес вытесненной им жидкости равен весу этого тела в воздухе.

Глубина погружения тела, плавающего на поверхности жидкости, зависит от плотности тела в сравнении с плотностью жидкости: чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела будет погружена в жидкость.

Обитающие в водной среде живые организмы имеют среднюю плотность, очень мало отличающуюся от плотности воды, поэтому сила тяжести, действующая на них, уравновешивается архимедовой силой. Благодаря этому водные обитатели не нуждаются в столь прочных скелетах, как обитатели суши. Большинство рыб имеют плавательный пузырь, приближающий среднюю плотность тела рыбы к плотности воды. Это значительно экономит рыбе усилия для поддержания тела на нужной глубине.

Тяжелое судно со стальным корпусом плавает, а гвоздь, упавший в воду, тонет, потому что сила тяжести, действующая на гвоздь, оказывается больше архимедовой силы. Это происходит по причине большей плотности гвоздя в сравнении с плотностью жидкости. Стальное судно плавает, потому что сила тяжести равна архимедовой силе, и судно может находиться в равновесии в любом месте жидкости (воздух внутри корабля гораздо менее плотный, чем вода).

На груди и на спине водолаза размещаются утяжелители, точно такие же имеются и на башмаках. Это делают, чтобы увеличить силу тяжести и преодолеть архимедову силу, иначе водолаз не сможет погрузиться на нужную ему глубину.

Стеклянная банка, наполненная ртутью, будет плавать в ртути, так как плотность стекла ρ_с = 2500 кг/м³ меньше плотности ртути ρ_р = 13600 кг/м³.

Когда в отливной сосуд погрузили тело, равновесие нарушилось, стрелка-указатель отклонилась влево. Вытеснив воду, равновесие вновь установилось, так как вес воды, вытесненной телом, равен весу тела, погруженного в воду. Тело как бы заместило собой вытесненную воду.

Так как деревянная доска плавает на поверхности пруда, то сила тяжести уравновешена выталкивающей силой. В данном случае сила тяжести равна весу тела, поэтому P = F_А = 100 Н

Плотность той жидкости будет больше, у которой больше выталкивающая сила. Так как второе тело меньше погружено в жидкость, значит, на него действует бо́льшая выталкивающая сила, и, значит, у жидкости бо́льшая плотность.

В обоих случаях тело плавает, а значит, сила тяжести уравновешена силой Архимеда F_A = F_тяж.

Плотность керосина ρ_к = 800 кг/м³. Плотность пробкового шарика ρ_п = 240 кг/м³, плотность парафинового шарика ρ_пар = 900 кг/м³, плотность стального шарика ρ_с = 7800 кг/м³.

1) Так как плотность пробкового шарика меньше плотности керосина, то шарик всплывет и будет плавать на поверхности керосина; F_А > F_тяж.

2) Так как плотность парафинового шарика примерно равна плотности керосина, то шарик будет плавать в керосине; F_А ≈ F_тяж.

3) Так как плотность стального шарика больше плотности керосина, то шарик опустится на дно; F_А < F_тяж.

Так как плотность бензина ρ_б = 710 кг/м³ меньше плотности воды ρ_в = 1000 кг/м³, то при тушении горящего бензина водой, бензин будет всплывать на поверхность воды и продолжать гореть. Более того, это может привести к увеличению площади пожара из-за того, что бензин начнет растекаться вместе с водой.

Для отделения зерен ржи от ядовитых спор спорыньи смесь высыпают в воду, и зерна ржи и спорыньи в ней тонут. Затем в воду добавляют соль, и споры спорыньи начинают всплывать, а ржаные зерна остаются на дне. Это происходит потому, что в начале плотность ядовитых спор спорыньи больше плотности воды, поэтому сила тяжести оказывается больше архимедовой силы, и они тонут. Затем при добавлении соли, получаем раствор, у которого уже бо́льшая плотность, чем у спор спорыньи, что приводит к вытеснению их на поверхность.

"Картезианский водолаз" - это механическая игрушка, которая демонстрирует зависимость плавучего тела от сжатия сосуда, в котором оно находится. Игрушка состоит из небольшого стеклянного или прозрачного пластикового сосуда, заполненного водой или другой жидкостью, и плавучего объекта, часто изготовленного из металла или пластика.

Принцип действия: Игрушка работает на основе принципа Архимедовой силы, который объясняет, почему тела плавают или тонут в жидкости. Когда плавучий объект помещается в сосуд с водой, он начинает испытывать поднятие силы, равное весу вытесненной им жидкости. Если сосуд сжимается, объем жидкости в нем уменьшается, и плавучий объект испытывает меньшую поддержку. В результате он может стать менее плавучим или даже начать тонуть.

Игрушка "Картезианский водолаз" была создана итальянским физиком и математиком Рене Декартом (Рене Декарт, 1596-1650) во второй половине 17 века. Она названа в честь Декарта, так как он разработал принципы и законы, на которых основана ее работа. Декарт изначально использовал эту игрушку для демонстрации своим студентам и коллегам принципа Архимедовой силы и основных законов физики, связанных с плаванием тел в жидкости. Он считал, что визуальные и интерактивные демонстрации помогают учащимся лучше понять и запомнить научные концепции.

Для создания игрушки "Картезианский водолаз" вам понадобятся следующие материалы и инструменты:

1) Стеклянный или прозрачный пластиковый сосуд небольшого размера.

2) Вода или другая жидкость для заполнения сосуда.

3) Плавучий объект, такой как маленький металлический или пластиковый предмет, например, маленький шарик или фигурка.

4) Шприц или пипетка для сжатия сосуда.

Шаги для создания и демонстрации игрушки "Картезианский водолаз":

1) Возьмите стеклянный или прозрачный пластиковый сосуд и наполните его водой или другой жидкостью. Наполните сосуд примерно на 3/4 его объема.

2) Поместите плавучий объект в сосуд с водой. Убедитесь, что он плавает свободно и не касается стенок сосуда.

3) Начните сжимать сосуд, используя шприц или пипетку. При сжатии сосуда объем жидкости внутри уменьшается.

1) Внимательно наблюдайте, как изменяется поведение плавучего объекта при сжатии сосуда. По мере сжатия сосуда, объем воды уменьшается, и плавучий объект может начать погружаться или тонуть.

2) После достижения определенного сжатия сосуда, вы можете остановиться и отпустить его, чтобы восстановить исходные условия. Плавучий объект должен вновь начать плавать на поверхности воды.

Объяснение принципа действия:

Принцип, на котором работает игрушка "Картезианский водолаз", основан на законе Архимеда, который гласит, что тело, погруженное в жидкость, испытывает поднимающую силу, равную весу вытесненной жидкости. При сжатии сосуда объем жидкости уменьшается, и поднимающая сила, действующая на плавучий объект, уменьшается соответственно. В результате плавучий объект становится менее плавучим или тонет, так как его вес начинает превышать выталкивающую силу.