Презентация к уроку физики "Плавание судов"

Плавание судов. Воздухоплавание

Урок физики в 7 классе

Архимедова сила

• Зависимость давления в жидкости или газе от глубины погружения тела приводит к появлению выталкивающей силы или иначе силы Архимеда , действующей на любое тело, погруженное в жидкость или газ.

• Закон Архимеда, впервые был упомянут им в трактате " О плавающих телах". Архимед писал: " тела более тяжелые, чем жидкость, опущенные в эту жидкость, будут опускаться пока не дойдут до самого низа, и в жидкости станут легче на величину веса жидкости в объеме, равном объему погруженного тела".
• Формула для определения Архимедовой силы:

Сила Архимеда равна нулю , когда тело плотно прижато ко дну .

Плавание судов

• 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 – наибольшая допускаемая глубина погружения, отмеченная на судне красной линией.

Водоизмещение судна – вес воды, вытесняемой судном при погружении до ватерлинии, равный силе тяжести, действующей на судно с грузом.

Что такое ареометр?

Решим задачу из

упр. 26 №3

Загадки плавания

• К сожалению,   архимедова  сила   всегда  меньше силы тяжести. А  кроме того, в  горизонтальном положении   в результате несовпадения точек приложения сил создается вращающий момент , и ноги  тянет  вниз.

• Как известно, человек  примерно на 70 % состоит из  воды. Внутри каждого человека есть  лёгкие.  Это большой воздушный мешок, объём воздуха в  котором     при дыхании может изменяться от 1  до 6 литров.  При этом  средняя плотность тела  человека   меняется от 940 до 1070 кг/м3.

Что мешает человеку плавать, и как плавать быстро? Посмотрите, как распределяются силы, действующие на человека в воде: это сила тяжести – Fт, приложенная в области  живота (в центре масс тела),  и  выталкивающая сила – Fa, приложенная несколько выше из-за неравномерного распределения плотности тела. 

Загадки плавания

• Сила  лобового сопротивления жидкости  прямо пропорциональна величине  скорости тела, среднему размеру тела в плоскости, перпендикулярной  скорости, и вязкости жидкости.   Чтобы развить максимальную скорость в воде, надо сориентировать своё тело так, чтобы испытывать минимальное сопротивление воды.  Лобовое сопротивление сильно зависит от формы тела. Кроме того, энергия, затрачиваемая пловцом,  идет еще и  на преодоление действия вихрей, образующихся позади.  Установлено, что каплеобразная форма движущегося в жидкости тела испытывает наименьшее сопротивление движению.

• При движении в жидкости  на  тело  человека  действует  сопротивление  жидкости. Любой жидкости свойственна вязкость, то есть внутреннее трение между слоями жидкости при их перемещении. Сопротивление  жидкости  (иначе  силы  вязкости жидкости) проявляются  только лишь при движении тела в жидкости.

Загадки плавания

Известно, что большинство пловцов - чемпионов обладают высоким  «баскетбольным» ростом и развитой мускулатурой .  Максимальная мощность, развиваемая каждой работающей  мышцей  тела  плывущего еловека,  зависит от  её размеров.

• Чем больше длина мышцы человека и ее поперечное сечение, тем большую работу она производит при сокращении. Понятно, что максимальная мощность  мышц тела  пловцов    должна быть пропорциональна   и объёму  этих мышц и росту человека.

До сих пор не  разгадано,  почему, например, меч-рыбы (130 км/ час)   перемещаются в воде   с нереально высокими  скоростями. Для того, чтобы  развить  такую скорость, рыбе необходимо развить мощность автомобиля, но в силу анатомического строения  такие мощности для них  невозможны.

Воздухоплавание

Воздушный шар поднимается сам в воздух и поднимает груз за счет выталкивающей силы, действующей на него со стороны воздуха – подъемная сила!

Решим задачу: сколько человек может взять на борт может поднять воздушный шар объемом 40 м 3 , наполненный гелием, плотность которого 0,189 кг/ м 3 .

Тонна дерева или тонна железа?

• Общеизвестен шуточный вопрос: что тяжелее — тонна дерева или тонна железа? Не подумавши, обыкновенно отвечают, что тонна железа тяжелее, вызывая дружный смех окружающих. Шутники, вероятно, еще громче рассмеются, если им ответят, что тонна дерева тяжелее, чем тонна железа. Такое утверждение кажется уж ни с чем не сообразным, — и однако, строго говоря, это ответ верный! Дело в том, что закон Архимеда применим не только к жидкостям, но и к газам. Каждое тело в воздухе “теряет” из своего веса столько, сколько весит вытесненный телом объем воздуха. Дерево и железо тоже, конечно, теряют в воздухе часть своего веса. Чтобы получить истинные их веса, нужно потерю прибавить. Следовательно, истинный вес дерева в нашем случае равен 1 тонне + вес воздуха в объеме дерева; истинный вес железа равен 1 тонне + вес воздуха в объеме железа. Но тонна дерева занимает гораздо больший объем, нежели тонна железа (раз в 15), поэтому истинный вес тонны дерева больше истинного веса тонны железа! Выражаясь точнее, мы должны были бы сказать: истинный вес того дерева, которое в воздухе весит тонну, больше истинного веса того железа, которое весит в воздухе также одну тонну. Так как тонна железа занимает объем в 1/8 куб. м, а тонна дерева — около 2 куб. м, то разность в весе вытесняемого ими воздуха должна составлять около 2,5 кг. Вот насколько тонна дерева в действительности тяжелее тонны железа!

Подумай и ответь!

• 1. В воду погружены медный кубик массой 10 г и тонкая медная пластинка массой 10 г.
• Одинакова ли выталкивающая сила в обоих случаях?
• 2. Кусок мрамора весит в воздухе столько же, что и медная гиря. Какое из этих тел легче удержать в воде?
• 3. Будет ли плавать стеклянная бутылка с водой в воде, с ртутью в ртути?
• 4. Одинакова ли выталкивающая сила, действующая на один и тот же деревянный брусок в воде и керосине?

• 1. Почему нельзя тушить горящий керосин нельзя тушить водой?
• 2. Можно ли отливать металл в форме, сделанной из материала, который смачивается данным расплавленным металлом?
• 3. Почему свинец можно расплавить пламенем паяльной лампы, а железо нельзя?
• 4. Почему тонкая медная проволока плавится в пламени газовой плиты, а толстый медный стержень даже не раскаляется?

Подумай и ответь! (Повторение)

• 1. Зачем при спуске телеги с крутой горы одно колесо подвязывают верёвкой так, чтобы оно не вращалось?
• 2. Всадник быстро скачет на лошади. Что будет со всадником, если лошадь споткнётся?

• 3. Может ли велосипедист двигаться равномерно по горизонтальной дороге, не вращая педали велосипеда?
• 4. Почему металлические ступеньки трамваев, поездов и т. д. не гладкие, а имеют рельефные выступы?