Отримання знань
дистанційна підтримка освіти школярів
Урок підготували Бондарчук Ю.І., Грушко Н.Н.,
вчителі ЗШ №31 м.Вінниці
Умови плавання тіл
Мета уроку: з'ясувати умови, за яких можливе плавання тіл; показати практичне застосування закону Архімеда; з’ясувати фізичні основи повітроплавання.
Обладнання: пластилін, яблуко, монетка, дитячі іграшки, вода, серветки, скляна прозора посудина, мензурка, пробірка, газована вода, виноград, кулька, картезіанський водолаз.
Хід уроку
Добрий день! Тема нашого сьогоднішнього уроку «Плавання тіл». На попередньому уроці ви з’ясували, що на тіла, занурені в рідину або газ, діє виштовхувальна сила – сила Архімеда.
Давайте згадаємо, як формулюється закон Архімеда.
На тіло занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, яка дорівнює вазі рідини або газу в об’ємі, зайнятому тілом.
А сьогодні на уроці ми поміркуємо про те, чому тіла опущені в одні рідини будуть спливати на її поверхню, а опущені в інші – тонути. Чому тіла в різних рідинах ведуть себе по - різному. Чому плавають риби; чому птахи не падають на землю; як побудувати корабель, щоб він не затонув; чи може машина піднятися в повітря, рухатися по небу чи зависнути в повітрі.
Проблемна ситуація
Чому яблуко піднімається і плаває на поверхні води, а монета залишається лежати на дні?
Спробуємо відповісти на це запитання, перевіривши поведінку двох тіл, виготовлених з пластиліну: кульки і човника.
Вивчення нового матеріалу
Тіло, що знаходиться в рідині може плавати, тонути або спливати на поверхню рідини. То, як буде поводити себе тіло, залежить від співвідношення сили тяжіння та сили Архімеда:
· якщо FA > FТ, то тіло спливає;
· якщо FA = FТ, то тіло плаває;
· якщо FA < FТ, то тіло тоне.
Поведінка тіла у рідині залежить від співвідношення густини тіла та густини рідини:
· якщо ρр > ρт, то тіло спливає;
· якщо ρр = ρт, то тіло плаває;
· якщо ρр < ρт, то тіло тоне.
Висновок. Поведінка кульки та човника залежить від того, наскільки відрізняються сила тяжіння і виштовхувальна сила. Отже, змінюючи об’єм тіла можна досягнути його плавучості.
А чому плаває яблуко? А чому монетка тоне?
Чому листки вікторії не тонуть у воді?
Міцність латаття забезпечують не лише його розміри, а й міцні ребра, розташовані на його нижньому боці. Ці ребра наповнені повітрям, як поплавки підтримують його на поверхні.
Більшість живих організмів, які населять водну середу, мають середню густину рівною густині води. Саме це дозволяє плавати їм під водою. Особливу роль грають так звані плавальні бульбашки. Змінюючи його об’єм то збільшуючи, то зменшуючи риби можуть плавати на різній глибині, так як вони збільшують або зменшують виштовхувальну силу, яка діє на них.
А де ж використовуються подібні властивості у техніці?! Звичайно ж у суднобудівництві. Маса сучасних суден досягає декілька десятків тисяч тон. Чому ж ці кораблі не тонуть?!
Вся справа в тому, що їх середня густина менша густини води, а Архімедова сила врівноважує силу тяжіння і човен не тоне. Справа в тому, що сучасний корабель містить велику кількість відсіків, заповнених повітрям. Якби він був би зроблений з цільного куска металу, він звичайно затонув би. Виходить, що наявність порожніх приміщень, заповнених повітрям, призводить до того, що середня густина човна менша густини води. Глибина, на яку занурюється човен, називається осадкою. При повному завантаженні судна, воно не повинно занурюватися у воду нижче певної лінії. ЇЇ називають ватерлінією. При зануренні корабель витісняє певну кількість води.
А тепер звернемося до досліду «Картезіанський водолаз». Високий скляний посуд наповнимо водою, залишаючи зверху невеликий об’єм повітря. В цей посуд опустимо невелику полу скляну фігурку, яка наповнена частково водою і частково повітрям, так щоб вона тільки трошки виходила з води. Зверху скляний посуд закриємо шматочком повітряної кульки. Натискаючи на цю кульку, можна змусити фігурку плавати у воді та на воді, а також тонути.
Про що вам цей дослід нагадує?!
Судна, які здатні плавати під водою, називають підводними, а всі інші – надводними.
Перший підводний човен з’явився в Англії в 1620р.
Всередині підводного човна є спеціальні баластні цистерни. Коли необхідно, щоб човен опустився на дно, цистерни відкриваються і забортна вода потрапляє всередину. Човен опускається на дно. Якщо необхідно, щоб човен піднявся наверх, то під тиском стиснене повітря заповнює ці баластні цистерни, витісняючи забортну воду. І човен піднімається на поверхню.
Існування виштовхувальної сили в газі наочно доводять повітряні кулі.
Чим менша густина газу, який заповнює повітряну кулю даного об’єму, тим менша діюча на нього сила тяжіння і тим більша виникаюча виштовхувальна сила.
Тепер давайте спробуємо відповісти на таке питання:
Чому айсберг плаває, занурившись у воду майже повністю?
Густина льоду становить приблизно 0,9 від густини води, тому дев’ять десятих усього об’єму айсберга перебуває у воді і лише одна десята об’єму височіє над поверхнею води. Саме тому айсберги дуже небезпечні для суден.
У червні 1893р. канадський пароплав «Порція» робив рейс з порту Сент - Джон (Ньюфаундленд) у Нью - Браскуїк. Повз судно пропливали величезні льодові гори – айсберги. Пасажири захотіли краще роздивитися айсберг й умовили капітана наблизитися до одного з них. «Порція» застопорила машини за 70 м від айсберга. Довжина плавучої гори дорівнювала майже 250 м, а висота – 60 м. Несподівано льодова громада, що іскрилася на сонці, швидко відійшла від пароплава, і водночас корпус судна зазнав різкого поштовху. Здивовані матроси і пасажири побачили, що пароплав лежить на величезній крижині і з кожною секундою піднімається все вище і вище над поверхнею води. Стався неймовірний випадок! Відомо, що час від часу айсберги перевертаються. Пароплав був підхоплений щілиною в підводній частині айсберга і залишався на вершині льодової гори впродовж кількох хвилин. Потім айсберг хитнувся і знову зайняв попереднє положення, а судно благополучно опинилося у воді. А втім, не зовсім благополучно: в його обшивці утворилася щілина, і «Порція» ледве дісталася найближчого порту.
А може одне і те саме тіло плавати в одній і тонути в іншій рідині?!
Такого ефекту ми можемо досягнути, занурившись у мертве море. Густина там складає до 1400кг/м3 і людина може триматися на поверхні мертвого моря практично не докладаючи до цього ніяких зусиль.
Проведемо експеримент. Наллємо в мензурку газовану воду і опустимо туди виноградинку. Вона опуститься на дно, тому що її густина трохи більша за густину води. Але ви бачите, що обліплена бульбашками газу вона піднялася на поверхню. Як тільки на поверхні бульбашки будуть поступово лопатися, наша виноградинка буде знову опускатися на дно. І це буде продовжувати до тих пір, поки весь газ із газованої води не вийде.
Що вам нагадує рух виноградинки?
Рух виноградинки аналогічний тому, як рухаються підводні човни.
4. Підсумок уроку.
Висновок. Сьогодні на занятті ми розібралися, чому тіла можуть плавати або тонути. Це залежить від співвідношення сили тяжіння і сили Архімеда.
Також можна сказати, що плавучість тіл буде залежати від співвідношення густини тіла та густини рідини.
5. Домашнє завдання.
Вивчити § 16. Запитання та завдання для самоперевірки усно.