Существование гидростатического давления приводит к тому, что на любое тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила. Впервые значение этой силы в жидкостях определил на опыте Архимед.
Закон Архимеда формулируется так: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу того количества жидкости или газа, которое вытеснено погруженной частью тела.
F a =ρ ж gV т =P ж,
где V т - объем тела (т. е. объем жидкости, вытесненной погруженным телом); P ж - вес вытесненной жидкости.
Доказать это можно с помощью опыта с ведерком Архимеда. К пружине подвешивают ведерко Архимеда и тело цилиндрической формы. Пружина растягивает и стрелка показывает вес тела в воздухе. Приподняв тело, под него подставляют отливной сосуд, наполненный жидкостью до уровня отливной трубки. После чего тело погружают целиком в жидкость. Часть жидкости выливается в стакан. Стрелка показывает вес тела в жидкости. Если в ведерко вылить часть жидкости из стакана, то стрелка вернется к своему начальному положению.
Следовательно, выталкивающая сила по модулю равна весу жидкости, вытесненной погруженной частью тела.
Закон Архимеда справедлив только при наличии тяжести. В условиях невесомости он не выполняется.
Условие плавания тела :
На тело, находящееся в жидкости, действуют две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и сила Архимеда, направленная вертикально вверх.
1) Если F т >F A - тело тонет;
2) Если F т =F A - тело плавает в жидкости или газе;
3) Если F т Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость. 1) Если ρ т >ρ ж - тело тонет; 2) Если ρ т =ρ ж - тело плавает в жидкости или газе; 3) Если ρ т <ρ ж - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать. Водный транспорт.
Вес воды, вытесняемой подводной частью судна, равен весу судна с грузом в воздухе или силе тяжести, действующей на судно с грузом.
Осадка
– глубина, на которую судно погружается в воду. Ватерлиния
– красная линия на корпусе судна, отмечает наибольшую допустимую осадку. Водоизмещение
– вес воды, вытесняемой судном при погружении до ватерлинии. Воздухоплавание.
Аэростат
– воздушный шар, который перемещается только под действием ветра. Дирижабли
– управляемые аэростаты. Подъемная сила
– вес груза, который может поднять шар Билет № 13.
Работа. Мощность. Потенциальная энергия поднятого тела, сжатой пружины. Кинетическая энергия движущегося тела. Превращение одного вида механической энергии в другой. Закон сохранения механической энергии. Сила, действующая на тело, может выполнить механическую работу если: 1) есть перемещение; 2) угол между вектором силы и перемещением не равен 90º . Работа силы
есть алгебраическая величина, равная произведению модуля силы, модуля перемещения и косинуса угла между ними. Работа может быть положительной, если 0≤ <90º, или отрицательной, если 90º< ≤180º. Сила, выполняющая положительную работу, наз. движущей. Сила, выполняющая отрицательную работу, наз. силой сопротивления. Если на тело действует несколько сил, и вычисляют «А» каждой силы, а затем складывают полученные работы. Различные механизмы затрачивают разное время на выполнение работы. Характеристикой быстроты выполнения работы является мощность. Мощность
– отношения модуля работы ко времени ее выполнения. По закону Архимеда на тело, погруженное
в жидкость, действует выталкивающая
сила, направленная вертикально вверх, где W- объем погруженной
части тела. Вес воды, вытесняемой телом, полностью
или частично погруженным в воду,
называется водоизмещением.
Центр тяжести
Линия, проходящая через центр тяжести
тела
Точку пересечения подъемной силы Р
при наклонном положении тела с осью
плавания принято называтьметацентром.
Расстояние между центром тяжести
тела где W- водоизмещение тела; е
- расстояние между центром
тяжести и центром водоизмещения. Если метацентр лежит ниже центра тяжести
тела, т. е. метацентрическая высота
отрицательна, то тело неостойчиво. 2.48.
Определить вес груза, установленного
на круглом в плане металлическом понтоне
диаметром Решение.
Вес груза равен дополнительной
силе вытеснения воды. В соответствии с
законом Архимеда дополнительная сила
вытеснения воды определяется по формуле: Следовательно, вес груза Ответ:
2.49.
Простейший ареометр (прибор для
определения плотности жидкостей),
выполненный из круглого карандаша
диаметром Решение.
Вес ареометра уравновешивается
силой вытеснения (архимедовой силой). Следовательно, откуда найдем плотность жидкости Ответ:
2.50.
Объём части ледяной горы,
возвышающейся над поверхностью моря,
равен Решение.
Общий вес ледяной горы где Сила вытеснения (подъёмная сила) по
закону Архимеда где
При плавании ледяной горы соблюдается
условие где Подставляя цифровые значения в предыдущую
формулу, получим: Общий объём ледяной горы Глубина погружённой части ледяной горы Ответ:
2.51.
Запорно-поплавковый клапан бака
водонапорной башни имеет следующие
размеры:d=100мм;l=68мм; Решение.
Сила суммарного давления
воды на клапан где p– гидростатическое
давление в корпусе клапана; ω – площадь клапана. Выталкивающая сила воды, действующая
на поплавок, в соответствии с законом
Архимеда где
Составим сумму моментов сил относительно
шарнира О С учётом ранее полученных зависимостей
запишем уравнение моментов Отсюда находим предельное давление Ответ:
2.52.
Автомобиль весомустановлен на паром с размерами Решение.
1) Найдем положение центра
тяжести парома с автомобилем (без груза)
относительно нижней плоскости парома 2) Водоизмещение парома с автомобилем
(объем воды, вытесненный паромом) 3) Осадка парома 4) Расстояние центра водоизмещения от
нижней плоскости парома Расстояние между центром тяжести и
центром водоизмещения Момент инерции площади плоскости
плавания Метацентрическая высота Так как метацентрическая высота
положительная, то паром остойчив. Для
случая нагруженного автомобиля аналогично
находим: Следовательно, при наличии груза на
автомобиле метацентрическая высота
уменьшается на Но паром и при наличии груза будет
остойчив. Ответ:
2.53
. Определить остойчивость
деревянного цилиндрического бруса
диаметром d =0,6
м и высотой h =0,5
м, если относительный удельный вес
древесины Решение:
Найдем силу веса цилиндра: G бр =W бр где
W бр = Тогда вес бруса
G бр=7000 Вычисляем водоизмещение цилиндра: W= Осадка цилиндра составит: Найдем расстояние центра водоизмещения
от нижней плоскости цилиндра: H ц.в. = Центр тяжести цилиндра находится на
расстоянии от нижней плоскости: h ц.т. = Расстояние между центром тяжести и
центром водоизмещения составит: е=h ц.т. -h ц.в. =0,25-0,175=0,075
м. Момент инерции площади плоскости
плавания составит: I 0 = Метацентрическая высота равняется: Так как h м < 0, то
цилиндр неостойчив. 2.54.
Плавучий железобетонный тоннель
с наружным диаметромD=8м
и толщиной стенки нагрузки по длине q=9,81кН,
плотность бетона Решение:
Составим уравнение равновесия сил,
действующих на Где:
Подставив значение сил в исходное
уравнение, получим: откуда найдём силу, действующую на
каждый трос: Ответ:
2.55.
Определить необходимую высоту
Н колокола газгольдера весомG=70кг,
диаметромD=70см, чтобы
объем газовой подушки был равенW=100л. Решение:
К р – избыточное давление в газовой
подушке под колоколом; ω – площадь колокола; G– сила веса колокола. Найдем избыточное давление газа под
колоколом Для определения величины Н используем
уравнение Клайперона - Менделеева,
исходя из предположения, что процесс происходит
изотермически: откуда найдём соотношение где
Причём величина давления
Подставим
где
Получаем: Ответ:
2.56.
Определить давление р, создаваемого
колоколом газгольдера и определить
разность уровней воды под колоколом и
в его стаканеh, если вес
колоколаG= 20 кг и его
диаметрd= 40 см. Р Составим уравнение равновесия сил,
действующих на колокол: где
где
Найдем давление под колоколом: Это давление в газовой подушке (без
учета атмосферного). Оно сохраняется
во всех точках постоянным, в том числе и на
свободной поверхности воды под колоколом, и на уровне сечения а-а
вне колокола.
А это давление, в свою очередь, можно
определить так: Ответ:
2.57.
Ш Известно также соотношение глубин
k= Определить вес поплавка. Решение.
Составим уравнение равновесия всех
сил, действующих на эту систему: где
5+1+ G n =F арх; Объём жидкости в цилиндре и объём
погруженной части поплавка составляют: W ж +W п.ч.п. = В свою очередь – объём погруженной
части поплавка умноженный на удельный
вес жидкости - это вес поплавка: W п.ч.п Или
W ж + W ж где W ж G ж +G n = G n = G n = Запишем ещё раз уравнение (1): G n = Приравняем правые части соотношений
(1) и (2), получим: Учтём, что k=0,9= Подставим это значение в уравнение (1)
и найдём вес поплавка: G n = Ответ:
G n =4кг. 2.58
. Определить удельный вес бруса,
имеющего следующие размеры: ширинаb=30см, высотаh=20см,
длина Решение
: Составим уравнение равновесия для
плавающего бруса: где Откуда получаем соотношение Найдём удельный вес бруса Ответ:
: выталкивающая (архимедова) сила F А, направленная вертикально вверх, и сила тяжести Fт, направленная вертикально вниз. Если эти силы равны, т. е. Равенство (48.1) выражает условие плавания тел
: для того чтобы тело плавало, необходимо, чтобы действующая на него сила тяжести уравновешивалась архимедовой (выталкивающей) силой.
Условию плавания тел можно придать иную форму. Представим архимедову силу в виде Аналогичным образом можно выразить и силу тяжести , действующую на тело. Мы знаем, что F т = mg, где m - масса тела; но масса тела равна произведению плотности тела на его объем: m = рV. Поэтому Подставим выражения (48.2) и (48.3) в равенство (48.1): Из полученного соотношения можно вывести два важных следствия. 1. Для того чтобы тело плавало, будучи полностью погруженным в жидкость, необходимо, чтобы плотность тела была равна плотности жидкости.
Д о к а з а т е л ь с т в о. Если тело полностью погружено в жидкость, то объем вытесняемой телом жидкости будет равен объему всего тела (см. рис. 134, а): V ж = V. А раз так, то эти объемы в формуле (48.4) можно сократить. При этом останется: p = p ж, что и требовалось доказать. 2. Для того чтобы тело плавало, частично выступая над поверхностью жидкости, необходимо, чтобы плотность тела была меньше плотности жидкости
. Д о к а з а т е л ь с т в о. Если тело плавает, частично выступая над поверхностью жидкости, то объем вытесняемой телом жидкости будет меньше объема всего тела (см. рис. 134, б): V ж Рисунок 134.Зависимость плавания тела от его плотности и плотности жидкости.
Что будет происходить с телом, у которого р<р ж, если его полностью погрузить в жидкость? В этом случае архимедова сила будет преобладать над силой тяжести, и потому тело начнет подниматься вверх. Пока тело будет двигаться, будучи полностью погруженным в жидкость, архимедова сила будет оставаться неизменной. Но как только тело достигнет поверхности жидкости и появится над ней, эта сила (по мере уменьшения объема части тела, погруженной в жидкость) будет становиться все меньше и меньше. Всплытие прекратится тогда, когда архимедова (выталкивающая) сила уменьшится и станет равной силе тяжести. При этом, чем меньшей плотностью (по сравнению с плотностью жидкости) обладает тело, тем меньшая его часть останется внутри жидкости (рис. 135). Рисунок 135. Зависмость погружения тела в жидкость от его плотности.
Вопросы.
1. Сформулируйте условие плавания тел.
2. В каком случае тело плавает полностью погруженным в жидкость?
3. В каком случае тело плавает, частично выступая над поверхностью жидкости?
4. Предположим, что в сосуд налили воду н керосин. Какая из этих жидкостей расположится сверху?
5. В какой из следующих жидкостей будет плавать лед: в керосине, в воде или в спирте?
6. В какой из следующих жидкостей будет плавать гвоздь: в ртути или в машинном масле?
7. Куриное яйцо тонет в пресной воде, но плавает в соленой. Почему?
8. Как зависит глубина погружения плавающего тела от его плотности?
Экспериментальное задание.
Опустите сырую картофелину в стеклянную банку с пресной водой. Почему она тонет? Как будет вести себя картофелина, если в воду насыпать соль? Медленно высыпая соль и размешивая воду, добейтесь того, чтобы картофелина могла плавать в толще воды, будучи полностью в нее погруженной. Какой должна быть плотность соленой воды, чтобы это было возможным?
Отослано читателями из интернет-сайтов
Поведение тела, находящегося в жидкости или газе, зависит от соотношения между модулями силы тяжести и силы Архимеда , которые действуют на это тело. Возможны следующие три случая: § - тело тонет; Другая формулировка (где - плотность тела, - плотность среды, в которую оно погружено): § - тело тонет; § - тело плавает в жидкости или газе; § - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать. 2. Тонкая линза. Линза (нем. Linse, от лат. lens - чечевица) - деталь из оптически (и не только, линзы также применяются в СВЧ технике, и там обычно состоят из непрозрачных диэлектриков или набора металлических пластин) прозрачного однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической. В настоящее время всё чаще применяются и «асферические линзы», форма поверхности которых отличается от сферы. В качестве материала линз обычно используются оптические материалы, такие как стекло, оптическое стекло, оптически прозрачные пластмассы и другие материалы. Линза, для которой толщина принята равной нулю, в оптике называется «тонкой
». При изложении характеристики линз был рассмотрен принцип построения изображения светящейся точки в фокусе линзы. Лучи, падающие на линзу слева, проходят через её задний фокус, а падающие справа - через передний фокус. Следует учесть, что у рассеивающих линз, наоборот, задний фокус расположен спереди линзы, а передний позади. Величина называется оптической силой линзы
. Оптическая сила линзы измеряется в диоптриях, единицами, измерения которых являются м−1. - коэффициент преломления материала линзы, - коэффициент преломления среды, окружающей линзу, – фокусное расстояние. 1. Ламинарное и турбулентное течение жидкостей. Ламинарное течение
(лат. lāmina - «пластинка») - течение, при котором жидкость или газ перемещается слоями без перемешивания и пульсаций (то есть беспорядочных быстрых изменений скорости и давления). Ламинарное течение возможно только до некоторого критического значения числа Рейнольдса, после которого оно переходит в турбулентное. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения (течение в круглой трубе, обтекание шара и т. п.). Например, для течения в круглой трубе где - плотность жидкости (или газа), - вектор скорости жидкости (или газа) в точке с координатами в момент времени . Вектор называют плотностью потока жидкости
. Его направление совпадает с направлением течения жидкости, а абсолютная величина определяет количество вещества, протекающего в единицу времени через единицу площади, расположенную перпендикулярно вектору скорости. Для несжимаемых жидкостей . Поэтому уравнение принимает вид из чего следует соленоидальность поля скорости. Давление жидкости, текущей по трубе,
меньше там, где скорость её течения больше, и, наоборот, где скорость течения жидкости меньше, давление там больше. Закон Бернулли
является следствием закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной (то есть без внутреннего трения) несжимаемой жидкости: Плотность жидкости, Скорость потока, Высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости, Давление в точке пространства, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости, Ускорение свободного падения. Константа в правой части обычно называется напором
, или полным давлением, а также интегралом Бернулли
. Размерность всех слагаемых - единица энергии, приходящаяся на единицу объёма жидкости. Это соотношение, выведенное Даниилом Бернулли
в 1738 г., было названо в его честь уравнением Бернулли
(не следует путать с дифференциальным уравнением Бернулли). Для горизонтальной трубы и уравнение Бернулли принимает вид: Эта форма уравнения Бернулли может быть получена путём интегрирования уравнения Эйлера для стационарного одномерного потока жидкости, при постоянной плотности : Согласно закону Бернулли, полное давление в установившемся потоке жидкости остается постоянным вдоль этого потока. В газе также выполняется этот закон при скоростях его движения менее v ≈ 340 м/с - скорости звука: пульверизатор, крыло (циркуляция потока вокруг крыла). V П В реальных жидкостях и газах возникает внутреннее трение слоёв - вязкость, которая понижается с повышением температуры для жидкостей и возрастает для газов. Сила трения за счёт вязкости для двух плоскопараллельных пластин равна В трубе скорость жидкости равна нулю около стенок и меняется к центру по закону На единицу (S=1) поверхности (цилиндрической) действует сила трения (по модулю). Пуазейль в 1841 г. установил, что средняя скорость ламинарного течения жидкости в трубе равна При движении тел в жидкостях и газах на них действуют сила лобового сопротивления и подъёмная сила. В идеальной жидкости сила лобового сопротивления отсутствует из-за ламинарности обтекания для бесконечного цилиндра - симметричная картина. Реально за телом всегда возникает турбулентность из-за отрыва слоя. Энергия вихрей расходуется на нагрев жидкости, давление сзади будет ниже, чем спереди возникает сила сопротивления. Для шарика сила сопротивления равна - закон Стокса.
2. Плоское зеркало. Принцип хода лучей, отражённых от зеркала прост, если применять законы геометрической оптики, не учитывая волновую природу света. Луч света падает на зеркальную поверхность (рассматриваем полностью непрозрачное зеркало) под углом альфа к нормали (перпендикуляру), проведённой к точке падения луча на зеркало. Угол луча отражённого будет равен тому же значению-альфа. Луч, падающий на зеркало под прямым углом к плоскости зеркала, отразится сам в себя. Для простейшего - плоского - зеркала изображение будет расположено за зеркалом симметрично предмету относительно плоскости зеркала, оно будет мнимым, прямым и такого же размера, как сам предмет. Это нетрудно установить, пользуясь законом отражения света. Плоское зеркало также можно рассматривать как предельный случай сферического зеркала (неважно, выпуклого, или вогнутого), при радиусе стремящемся к бесконечности, тогда его свойства получаются из формулы сферического зеркала и формулы увеличения сферического зеркала. Изображение A" точечного источника света A в плоском зеркале.: 1. Импульс точки. И́мпульс
(Количество движения
) - векторная физическая величина, характеризующая меру механического движения тела. В классической механике импульс тела равен произведению массы m
этого тела на его скорость v
, направление импульса совпадает с направлением вектора скорости: В более общем виде, справедливом также и в релятивистской механике, определение имеет вид: Импульс
- это аддитивный интеграл движения механической системы, связанный согласно теореме Нётер с фундаментальной симметрией - однородностью пространства. В классической механике полным импульсом
системы материальных точек называется векторная величина, равная сумме произведений масс материальных точек на их скорости: соответственно величина называется импульсом одной материальной точки
. Это векторная величина, направленная в ту же сторону, что и скорость частицы. Единицей измерения импульса в Международной системе единиц (СИ) является килограмм-метр в секунду
(кг·м/с). Отношение изменения импульса системы
к изменению времени
равняется сумме всех внешних сил. Это и есть одна из формулировок закона изменения импульса. Классическая формулировка гласит: скорость изменения полного импульса системы равна векторной сумме внешних сил, действующих на систему.
Импульс силы
- это векторная физическая величина, равная произведению силы на время её действия, мера воздействия силы на тело за данный промежуток времени (в поступательном движении). За конечный промежуток времени эта величина равна определённому интегралу от элементарного импульса силы, где пределами интегрирования являются моменты начала и конца промежутка времени действия силы. В случае одновременного действия нескольких сил сумма их импульсов равна импульсу их равнодействующей за то же время. Во вращательном движении момент силы, действуя в течение определённого времени, создаёт импульс момента силы. Импульс момента силы - это мера воздействия момента силы относительно данной оси за данный промежуток времени (во вращательном движении): где - векторное произведение. Формулировка второго закона Ньютона с использованием понятия импульса
: В инерциальной системе отсчета производная импульса материальной точки по времени равна действующей на него силе.
где - импульс (количество движения) тела, - время, а - производная по времени. P.S. Производная
(функции в точке) - основное понятие дифференциального исчисления, характеризующее скорость изменения функции (в данной точке). Определяется как предел отношения приращения функции к приращению ее аргумента при стремлении приращения аргумента к нулю, если такой предел существует. Функцию, имеющую конечную производную (в некоторой точке), называют дифференцируемой (в данной точке). 2. Рассеивающая линза. Лучи, падающие на рассеивающую линзу, по выходе из неё будут преломляться в сторону краёв линзы, то есть рассеиваться. Если эти лучи продолжить в обратном направлении так, как показано на рисунке пунктирной линией, то они сойдутся в одной точке F, которая и будет фокусом
этой линзы. Этот фокус будет мнимым
. Формула тонкой линзы Формула тонкой линзы связывает d (расстояние от предмета до оптического центра линзы), f (расстояние от оптического центра до изображения) с фокусным расстоянием F (рис. 101). Это и есть формула тонкой линзы. Расстояния F, d и f от линзы до действительных точек берутся со знаком плюс, расстояния от линзы до мнимых точек - со знаком минус. Отношение размера изображения Н к линейному размеру предмета h называют линейным увеличением линзы Г
. 1. ФИО:
Шевцова Любовь Николаевна
2.Место работы:
МБОУ МО Плавский район «Молочно-Дворская СОШ»
3. Должность:
учитель физики
4.Предмет:
физика
5.Класс:
7
6.Базовый учебник:
Физика. 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений /А.В. Перышкин. – 2-е изд., стереотип – М.: Дрофа, 2013. – 221, с.: ил.
7.
Тип урока:
урок изучения нового материала
с использованием ЭОР и самостоятельной деятельности учащихся.
8.Метод обучения:
исследовательский.
9.Тема и номер урока в теме:
«Давление твердых тел, жидкостей и газов»
Урок № 46.16
Тема урока
:
«Плавание тел».
Цель урока
:
Выяснить экспериментальным путем условия, при которых тело в жидкости плавает, всплывает и тонет; сформулировать вывод в том, что поведение тел в жидкости зависит от соотношения выталкивающей силы Архимеда и силы тяжести, плотностей жидкости и тела, погруженного в жидкость.
Задачи:
Образовательные:
Актуализировать знания учащихся о действии жидкостей и газов на погруженные в них тела
; выяснить и сформулировать условия плавания тел.
Развивающие:
Формирование навыков организации самостоятельной деятельности учащихся с использованием ЭОР; овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний, организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умений предвидеть возможные результаты своих действий; сформировать познавательные интересы, интеллектуальные и творческие способности учащихся.
Воспитательные:
Воспитывать интерес к предмету, потребность в познании нового, внимание, самостоятельность, коммуникативные качества, компьютерную грамотность, аккуратность.
Здоровьесберегающие:
Профилактика умственного перенапряжения путем смены деятельности.
Необходимое техническое оборудование
:
ПК, мультимедийный проектор, презентация, оборудование для проведения опытов.
Оборудование
:
несколько стаканов с растворами соли, сахара, марганцовки, яйцо в воде, набор тел: бруски железный, алюминиевый, дубовый, пробковый, пенопластовый кубик, ареометр.
Планируемый результат
Личностные умения
Метапредметные умения
Предметные умения
-
проявление эмоционально-ценностного отношения к учебной проблеме;
Проявление творческого отношения к процессу обучения;
Готовность к равноправному сотрудничеству;
Потребность в самовыражении и самореализации, социальном признании;
Убежденность в возможности познания природы;
Проявление самостоятельности в приобретении новых знаний и практических умений
Познавательные
:
Умение находить сходство и различие между объектами, обобщать полученную информацию;
Умение вести наблюдение;
Умение прогнозировать ситуацию.
Регулятивные:
Умение выполнять учебное задание в соответствии с целью;
Умение соотносить учебные действия с известными правилами;
Умение выполнять учебное действие в соответствии с планом.
Коммуникативные:
Умение формулировать высказывание;
Умение согласовывать позиции и находить общее решение;
Умение адекватно использовать речевые средства и символы для представления результата.
Предметные умения
Умение объяснять условия плавания тел на основе изученного понятия архимедовой силы и силы тяжести, действующие на тело, погруженное в жидкость, а также от зависимости плотности тела и жидкости;
Умение составлять план эксперимента, заполнять таблицу и делать вывод;
Умение работать с текстом учебника.
«Без сомнения, все наше знание начинается с опыта.»
И.Кант
СТРУКТУРА И ХОД УРОКА
Таблица 1
Этап урока
Деятельность учителя
Деятельность ученика
Название используемых ЭОР
Время
(в мин)
Оргмомент
Приветствие учащихся.
Приветствуют учителя
Проверяют готовность своего рабочего места.
Актуализация знаний, повторение пройденного материала.
(Сформулировать, записать формулу)
Слайд № 1
Слайд № 2
Слайд № 3
Просмотр ролика Архимедова сила:
Опишите картинку
Отвечают на вопросы, формулируют закон Архимеда.
Слайд № 2
Выполняют тест, согласно инструкциям учителя.
Проверяю по ключу.
Слайд № 4
(плавает, часть над водой, часть под водой)
Архимедова сила (айсберг)
Постановка цели урока
Объявление темы урока.
Постановка целей и их запись каждым предложившим цель
Формулируют цели урока
Слушают учителя.
Отвечают на вопросы учителя, делая различные предположения.
Изучение нового материала
Создание мотивации.
Слайд № 5-8
Рассказ о мальчике:
Однажды учитель продемонстрировал ученикам волшебное яйцо, которое умело плавать, а точнее всплывать со дна стакана и загадал ученикам загадку: как не трогая стакана с водой и яйцом и не используя никаких инструментов достать яйцо из стакана?
Самый сообразительный, потратив всего 1 минуту, уже держал это яйцо в руках и получил «5». Как ему это удалось?
ТБ.
(на столах несколько стаканов с растворами соли, сахара, марганцовки, яйцо в воде)
Демонстрирует опыт:
доливают в стакан раствор соли.
Слайд № 9
3адание группе 1
:
Оборудование:
сосуд с водой и набор тел: бруски железный, алюминиевый, дубовый, пробковый.
Слайд № 10
Задание группе 2
:
Оборудование:
сосуд с водой, деревянный и пенопластовый кубики.
Слайд № 11
Задание группе 3
:
Оборудование:
стакан с водой, стакан с маслом, деревянный брусок 2 шт.
Учитель:
Мы говорили об условии плавания твёрдых тел в жидкости. А может ли одна жидкость плавать на поверхности другой?
Задание группе 4
:
Наблюдение всплытия масляного пятна, под действием выталкивающей силы воды.
Цель работы:
Провести наблюдение за всплытием масла, погруженного в воду, обнаружить на опыте выталкивающее действие воды, указать направление выталкивающей силы.
Оборудование:
сосуды с маслом, водой, пипетка.
Последовательность проведения опыта:
После выполнения эксперимента обсуждаются результаты работы, подводятся итоги. Пока учащиеся выполняют задания, наблюдаю за их работой, оказываю необходимую помощь.
Учитель:
Заканчиваем работу, приборы отодвиньте на край стола. Переходим к обсуждению результатов. Сначала выясним, какие тела плавают в жидкости, а какие – тонут.
(Группа 1,2)(Учащиеся приводят примеры и
делают вывод.) и т.д.
Слайд № 12
Слайд № 13,14
Учитель:
(Группа 4) Снова вернёмся к таблице плотности веществ. Объясним, почему на воде образуется масляная плёнка.
Действие прибора - Ареометр (демонстрируем определение плотности воды и масла)
Пробуют в парах на своих местах.
Вывод:
Выполняют задание.
Заполняют таблицу.
Сравнивают значения плотностей.
Делают вывод:
А если равны?
Опыт с киндерами
(мензурка с водой и 3 киндера разной массы)
Вывод: Таким образом, глубина погружения тела в жидкость зависит от плотности самого тела.
Вывод:
Глубина погружения тела в жидкость зависит от плотности жидкости
Вывод:
Жидкости ведут себя также, как и твердые тела. Их расположение в сосуде зависит от плотности.
Резина и кирпич в жидкости
Гиря в ртути
Мертвое море
Закрепление нового материала
Предлагает учащимся заполнить
таблицу
Слайд № 15
Проверка Слайд № 16
F
A
и
F
T
Ж
и
Т
Тонет, плавает или всплывает
F
A
T
Ж
Т
Тонет
F
A
= F
T
Ж
=
Т
Плавает
F
A
> F
T
Ж
>
Т
Всплывает
Выполняют задание,
применяя полученные знания
. Делают и записывают вывод в тетрадь
Рефлексия.
Со всеми ли задачами мы справились? Выясняем?
Формулируют выводы.
Задают вопросы учителю.
Подведение итогов урока
Анализирует результаты выполнения учащимися заданий
.
Выставляет оценки
Слушают учителя.
Домашнее задание
Формулирует домашнее задание, комментирует его:
§ 50, упр. 25 № 2, 4 Задание с пластилином!
Слайд № 17,18
Фиксируют домашнее задание.
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ НА ДАННОМ УРОКЕ ЭОР Таблица 2
Название ресурса
Форма предъявления информации (иллюстрация, презентация, видеофрагменты, тест, модель и т.д.)
“Архимедова сила”
Рисунок, текст, звук. Озвученная иллюстрация для изучения закона Архимеда.(Айсберг)
“Выталкивающая сила и плотность жидкости”
Иллюстрированный и озвученный рассказ о различной величине архимедовой силы в пресной и солёной воде.
(мертвое море)
“Гиря в воздухе, воде и ртути”
Видеофрагмент, в котором демонстрируется как железная гиря тонет в воде и плавает в ртути.
“Плавание тел”
Интерактивная модель, позволяющая провести виртуальный опыт по выявлению зависимости глубины погружения тела в жидкость (резина и кирпич)
Приложения
Тест
1.
По какой формуле определяется Архимедова сила? В.
Г.
2.
В каком случае Архимедова сила, действующая на самолёт больше: у поверхности Земли или на высоте 10 км? Б.
В обоих случаях одинаково 3.
Какая сила равна весу жидкости, вытесненной этим телом? Б.
Архимедова сила.
В.
Сила упругости. 4.
Человек находится в воде. Как изменяется Архимедова сила, действующая на человека при вдохе? Б.
Увеличивается.
В.
Не изменяется.
5.
Тело весом 8 Н погружено в воду. Вес вытесненной жидкости равен 6 Н. Каково значение выталкивающей силы? 6
.
На рычажных весах уравновешены одинаковые тела. Нарушится ли равновесие и как, если опустить одно тело в воду, а другое в керосин? 7.
Тело, подвешенное на нити, опускают в воду. Как при этом изменится сила тяжести, вес тела и сила Архимеда?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Увеличится;
уменьшится;
https://accounts.google.com МБОУ МО Плавский район « Молочно-Дворская СОШ» Учитель физики Шевцова Л.Н. Отвечаем на вопросы 1.Как называют силу, которая выталкивает тела, погруженные в жидкости и газы. 2. Как подсчитать архимедову силу? 3.От каких величин зависит архимедова сила? 4.От каких величин она не зависит? На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная по модулю весу жидкости, которую вытесняет данное тело. При полном погружении тела объемом V т и плотностью ρ ж, архимедова сила F А: Древнегреческий ученый Архимед, 287 г. до нашей эры. «Архимедова сила» Ключ к тесту 1. В 2. А 3. Б 4. Б 5. Б 6. А А – 3 Б – 2 В – 1 8. Решение и ответ: F a = 1,3 кг/м 3 *6 м 3 * 9,8 Н/кг = 76,44 Н Ответ: 76,44 Н Вопросы 1- 6 - 1 балл; «5» - 10 -11 баллов; Вопрос 7 - 1-2 балла; «4» - 8 - 9 баллов; Задача № 8 - 3 балла «3» - 5 - 7 баллов; Итого: 11 баллов «2» - менее 5 баллов. О каком плавающем теле идёт речь? Сегодня над морем Большая жара; А в море плывёт Ледяная гора. Плывёт и, наверное Считает: Она и в жару не растает. «Без сомнения, все наше знание начинается с опыта.» И.Кант Урок - исследование «Условия плавания тел» Каковы условия плавания тел в жидкости? Фронтальная экспериментальная работа 1 группа. Задание: Пронаблюдайте, какие из предложенных тел тонут, и какие плавают в воде. Найдите в таблице учебника плотности, соответствующих веществ и сравните с плотностью воды. Оборудование: сосуд с водой и набор тел: бруски железный, алюминиевый, дубовый, пробковый. Результаты оформите в виде таблицы. Плотность жидкости Плотность вещества Тонет или нет Вода – 1000 кг/м 3 Железо Алюминий Дерево (дуб) Пробка Фронтальная экспериментальная работа 2 группа. Задание: Сравните глубину погружения в воде деревянного и пенопластового кубиков одинаковых размеров. Сделайте выводы на основании результатов опытов Оборудование: сосуд с водой, деревянный и пенопластовый кубики. Фронтальная экспериментальная работа 3 группа. Задание: Выясните, отличается ли глубина погружения деревянного кубика в жидкости разной плотности. Результат опыта представить на рисунке Сделайте выводы на основании результатов опытов. Оборудование: стакан с водой, стакан с маслом, деревянный брусок 2 шт. Условие плавания тел всплывает плавает тонет плотность жидкости больше плотности тела плотность жидкости равна плотности тела плотность жидкости меньше плотности тела Фронтальная экспериментальная работа 4 группа. Задание: Наблюдение всплытия масляного пятна, под действием выталкивающей силы воды. Цель работы: Провести наблюдение за всплытием масла, погруженного в воду, обнаружить на опыте выталкивающее действие воды, указать направление выталкивающей силы. Оборудование: сосуды с маслом, водой, пипетка. Последовательность проведения опыта: Возьмите с помощью пипетки несколько капель масла. Опустите пипетку на глубину 3 – 4 см в стакан с водой. Выпустите масло и пронаблюдайте, образование масляного пятна на поверхности воды. На основе проделанного опыта сделайте вывод Плавание одной жидкости на поверхности другой. Жидкости, как и твердые тела подчиняются условиям плавания тел. F A и F T Ж и Т Тонет, плавает или всплывает Тонет Плавает Всплывает F A и F T Ж и Т Тонет, плавает или всплывает F A F T Ж > Т Всплывает Домашнее задание: § 50 Упр.25(2,4) Уходя с урока, выберите смайлик: Спасибо за внимание!
вытесненного объема жидкости называетсяцентром водоизмещения
илицентром
давления
. При наклоне (крене) плавающего
тела центр водоизмещения изменяет
свое положение.
и центр водоизмещения
в положении равновесия перпендикулярно
свободной поверхности воды (плоскости
плавания), являетсяосью плавания.
В положении равновесия ось плавания
вертикальна, при крене она наклонена к
вертикали под углом крена.
и метацентромMобозначается черезh м (метацентрическая высота). Чем выше
расположен метацентр над центром тяжести
тела, т. е. чем больше метацентрическая
высота
,
тем больше остойчивость тела
(способность из крена переходить в
положение равновесия), так как момент
пары сил
,
стремящийся восстановить равновесие
тела, прямо пропорционален метацентрической
высоте. Величина метацентрической
высоты может быть определена по формуле
- момент инерции площади плоскости
плавания относительно продольной оси
;Примеры
,
если после установки груза осадка
понтона увеличилась на
.
.
.
и прикреплённого к его основанию
металлического шарика диаметром
,
имеет вес
.
Определить плотность жидкости
,
если ареометр цилиндрической частью
погружается в неё на глубину
.
.
.
Определить общий объём ледяной горы и
глубину её погружённой части, если в
плане она имеет форму прямоугольника
размером
.
- объём подводной части ледяной горы;
- плотность льда.
,
- плотность морской воды.
;
,
;
(табл. П-3).
.
.
;
.
мм;D=325мм. Если уровень воды
не достигает полушара 2 , то клапан 1
открыт, и вода поступает в бак. По мере
подъёма уровня воды и погружения в неё
полушара на рычаг 3 начинает действовать
сила
,
равная выталкивающей силе воды (по
закону Архимеда). Через рычаг усилие
передаётся на клапан. Если величина
этого усилия превысит силу давления
водыp
на клапан, то
он закроется и вода перестанет поступать
в бак. Определить, до какого предельного
давленияpклапан будет
закрыт, если допускается погружение в
воду только полушара поплавка (до линии
а – а).
- объём шара.
.
;
;
.
Проверить остойчивость парома, если
его весприложен на половине его высоты, а
центр тяжести автомобиля находится на
высоте
от верхней плоскости парома. Установить,
как изменится метацентрическая высота
,
если на автомобиль будет уложен груз,
центр тяжести которого расположен на
высоте
от верхней плоскости парома.
.
.
дер,
дер=
0,7
=7000
Н/м 3 – удельный вес дерева;
=0,785
м 3
- объем
бруса.
987
Н.
м 3 .
=
м.
=
м.
м.
м 4 .
=0,3м
удерживается от всплытия тросами,
расположенными попарно через каждые
25м длины тоннеля. Определить натяжение
тросов, если вес 1м дополнительной
,
а угол
.
=
олокол
удерживается в равновесии вследствие
равенства сил, действующих на него:
.
;
;
–
первоначальный объем газа в колоколе
при атмосферном давлении,
–
конечный объем газа при давлении
.
составляет
в
уравнение газового состояния.
– заданный первоначальный объём.
.
ешение:
,
–
сила давления в газовой подушке.
,
– площадь (горизонтальная) сечения
колокола.
.
и будет
.
арообразный
поплавок помещен в жидкость, находящуюся
в цилиндрическом сосуде, плавающем в
той же самой жидкости. Вес сосудаG 1 =1кг,
вес жидкостиG 2 =5кг.
=0,9.
G с +G ж +G n =F арх
F арх =
-
архимедова сила, действующая на
цилиндрический сосуд с жидкостью и
поплавком. Или, подставив значения
получим
;
или
(1),
.
=F apx ’ =G n .
=W п.ч.п. Подставим в
исходное уравнение:
=
получаем
+G n =
,
=G ж – это вес жидкости в цилиндре, тогда
,
откуда
-G ж; или
-
5. (2)
-
6. (1)
-5=
-6.
.
Откуда найдём значение
=0,9
,
тогда
-
=6-5=1
(
-
)=1;
(
-0,9
)=1;
0,1
=1;
=10/
-
6=
-6=4
кг
=100см,
глубина погружения у=16см.
,
;
;
=
.
.
=
.
.
F А = F т (48.1)
то тело будет находиться в равновесии.
F А = p ж V ж g (48.2)
Разделив обе части этого равенства на получим условие плавания тел в новой форме
:
При р>р ж плавание тела невозможно, так как в этом случае сила тяжести превышает архимедову силу, и тело тонет.
. Турбулентность, устар. турбуленция (от лат. turbulentus - бурный, беспорядочный), турбулентное течение - явление, заключающееся в том, что при увеличении скорости течения жидкости или газа в среде самопроизвольно образуются многочисленные нелинейные фрактальные волны и обычные, линейные различных размеров, без наличия внешних, случайных, возмущающих среду сил и/или при их присутствии. Для расчёта подобных течений были созданы различные модели турбулентности. Волны появляются случайно. То есть их размер и амплитуда меняется хаотически в некотором интервале. Они возникают чаще всего либо на границе, у стенки, и/или при разрушении или опрокидывании волны. Они могут образоваться на струях. Экспериментально ее можно наблюдать на конце струи пара из электрочайника. Турбулентность экспериментально открыта английским инженером Рейнольдсом в 1883 году при изучении течения несжимаемой жидкости (воды) в трубах. В гидродинамике уравнение непрерывности
называют уравнением неразрывности
. Оно выражает собой закон сохранения массы в элементарном объеме, то есть непрерывность потока жидкости или газа. Его дифференциальная форма
.
.
p В < p H - возникает подъёмная сила
где v скорость движения пластинки, S - площадь, d - расстояние между ними, η - коэффициент вязкости. Скорость перемещения слоёв меняется как
, т.е. 
- сила трения для слоёв жидкости, соприкасающихся между собой.
- закон Пуазейля,
где 
. Тогда объём жидкости, протекающей в трубе, равен
F сопр минимальна для тел каплевидной формы
.
А.
Б.
А.
Больше у поверхности Земли.
В.
Больше на высоте 10 км.
А.
Сила сопротивления.
А.
Уменьшается.
А.
2 Н
Б.
6 Н
В.
8 Н
Г.
14 Н
А.
Нарушится равновесие, перетянет тело, опущенное в керосин.
Б.
Нарушится равновесие, перетянет тело, опущенное в воду.
В.
Не нарушится.
Подписи к слайдам:
