Иллюстрация закона Архимеда для тела погруженного в жидкость и соблюдения

Иллюстрация закона Архимеда для тела
погруженного в жидкость и соблюдения
условий плавания тел
Выталкивающая сила, действующая на погруженное в
жидкость тело, равна весу вытесненной им жидкости.
«Эврика!» («Нашел!») — именно этот возглас, согласно легенде,
издал древнегреческий ученый и философ Архимед, открыв принцип
вытеснения. Легенда гласит, что сиракузский царь Герон II попросил
мыслителя определить, из чистого ли золота сделана его корона, не
причиняя вреда самому царскому венцу. Взвесить корону Архимеду
труда не составило, но этого было мало — нужно было определить
объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она
отлита, и определить, чистое ли это золото.
Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как
определить объем короны, погрузился в ванну — и вдруг заметил, что
уровень воды в ванне поднялся. И тут ученый осознал, что объем его
тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее
опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды,
равный ее объему. Решение задачи было найдено и, согласно самой
расхожей версии легенды, ученый побежал докладывать о своей победе
в царский дворец, даже не потрудившись одеться.
Однако, что правда — то правда: именно Архимед открыл принцип
плавучести. Если твердое тело погрузить в жидкость, оно вытеснит
объем жидкости, равный объему погруженной в жидкость части тела.
Давление, которое ранее действовало на вытесненную жидкость, теперь
будет действовать на твердое тело, вытеснившее ее. И, если
действующая вертикально вверх выталкивающая сила окажется больше
силы тяжести, тянущей тело вертикально вниз, тело останется наплаву; в
противном случае оно пойдет ко дну (утонет). Говоря современным
языком, тело плавает, если его средняя плотность меньше плотности
жидкости, в которую оно погружено.
Закон Архимеда можно истолковать с точки зрения молекулярнокинетической теории. В покоящейся жидкости давление производится
посредством ударов движущихся молекул. Когда некий объем жидкости
вымещается твердым телом, направленный вверх импульс ударов
молекул будет приходиться не на вытесненные телом молекулы
жидкости, а на само тело, чем и объясняется давление, оказываемое на
него снизу и выталкивающее его в направлении поверхности жидкости.
Если же тело погружено в жидкость полностью, выталкивающая сила
будет по-прежнему действовать на него, поскольку давление нарастает с
увеличением глубины, и нижняя часть тела подвергается большему
давлению, чем верхняя, откуда и возникает выталкивающая сила. Таково
объяснение выталкивающей силы на молекулярном уровне.
Такая картина выталкивания объясняет, почему судно, сделанное из
стали, которая значительно плотнее воды, остается на плаву. Дело в том,
что объем вытесненной судном воды равен объему погруженной в воду
стали плюс объему воздуха, содержащегося внутри корпуса судна ниже
ватерлинии. Если усреднить плотность оболочки корпуса и воздуха
внутри нее, получится, что плотность судна (как физического тела)
меньше плотности воды, поэтому выталкивающая сила, действующая на
него в результате направленных вверх импульсов удара молекул воды,
оказывается выше гравитационной силы притяжения Земли, тянущей
судно ко дну, — и корабль плывет.
где — плотность жидкости (газа), — ускорение свободного падения,
а — объём погружённого тела (или часть объёма тела, находящаяся
ниже поверхности). Если тело плавает на поверхности (равномерно
движется вверх или вниз, то выталкивающая сила (называемая также
архимедовой силой) равна по модулю (и противоположна по
направлению) силе тяжести, действовавшей на вытесненный телом
объём жидкости (газа), и приложена к центру тяжести этого объёма.
Тело плавает, если сила Архимеда уравновешивает силу тяжести тела.
Условия плавания тел также основаны на применении закона
Архимеда, а именно, на разнице плотности среды и плотности
тела, погруженного в нее.
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;

— тело плавает в жидкости или газе;

— тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.
Другая формулировка (где
в которую оно погружено):
— плотность тела,
— плотность среды,

— тело тонет;

— тело плавает в жидкости или газе;

— тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать
Прототип представляемой модели:
Для демонстрации нашей модели использовано и представлено:
-тематический стенд (60см*80см)
-платформа с перекладиной ( высота 45см, длина 50см)
- закрепленные на перекладине бытовые весы (0.1-5.0 кг), 2 шт
-мерный стакан с окрашенной жидкостью (600мл)
-поддон для мерного стакана
-гиря (1кг)
-спирт этиловый (100мл)
-вода
(50мл)
-подсолнечное масло (10мл)
-стакан для смешивания сред
1.Перекладина, с подвешенными на ней весами, закреплена на платформе.
Последовательно фиксируется вес гири на бытовых весах в воздухе и после
погружения той же гири в жидкость в мерном стакане. Выявлено уменьшение
веса физического тела (гири) на 200 гр . Также показан объем жидкости, что
вылилась из мерного стакана.
Вывод: тело, погружаясь в жидкость, теряет в весе столько,
жидкости выталкивается из сосуда .
сколько
2. В стакан для смешивания сред последовательно вводятся спирт (плотность 0.8 г/см 3) 100мл, с помощью шприца подсолнечное масло (плотность- 0.9
г/см ) и масло опускается на дно, медленно вводится вода (плотность - 1.0
г/см), постепенно,
по факту изменения, плотности раствора, масло,
формируясь в шар, "зависает " в толще водно-спиртового раствора.
Вывод:
масло в среде, плотность которой
уравновешивается
с
плотностью масла, принимает форму шара - естественную для жидкости,
при условии исключения действия силы тяжести.