Эксперимент архимеда с водой

Эксперимент архимеда с водой

ОСАДКА КОРАБЛЯ

Попробуйте вырезать из толстой сосновой коры кораблик. Дно его надо снабдить килем из железной пластинки. Пустите кораблик на воду и по границе его погружения проведите черту (масляной красной краской). Сделав раствор соли, налейте этот раствор в глубокий таз и снова пустите в него плавать кораблик. Глубину его погружения в солёной воде надо снова отметить чертой, только другого цвета (белой, голубой). Как объяснить различную глубину погружения кораблика в первом и во втором случае?

ПЛАВАЕТ ЛИ ЯЙЦО?

Опустите свежее сырое яйцо в банку с водой. Яйцо потонет. В воду подсыпьте соли, слегка помешивая, яйцо не трогать. По мере того как солёность воды увеличивается, яйцо начинает всплывать, а при насыщенном растворе соли яйцо всплывёт на поверхность воды.

ПРОБКА В БУТЫЛКЕ

Если в бутылку с водой поместить небольшую пробку и попытаться затем эту пробку вылить с водой из бутылки, то это не всегда удаётся.

Каждый раз когда выливаетдя вода, пробка прибивается ко дну бутылки. И только с последней порцией воды можно вылить и пробку из бутылки.
Попробуйте проверить это на опыте и объяснить!

ВОДЯНОЙ ПОДСВЕЧНИК

Бросьте в воду стеариновую свечу. Она будет плавать, лежа на боку. Так свечу не зажжешь. Надо нижний конец утяжелить гвоздем. Только не пытайтесь воткнуть этот гвоздь силой: стеарин раскрошится. Гвоздь надо нагреть, тогда он войдет, как в масло, и будет хорошо держаться.

Подберите такой гвоздь, чтобы почти вся свеча погрузилась в воду. Только фитиль и самый краешек стеарина должны остаться над поверхностью. Стакан с водой, в котором плавает эта свеча, окажется неплохим подсвечником. Зажгите фитиль, и свеча будет гореть довольно долго.

Но почему же? И как долго будет гореть свеча?
Ведь она вот-вот догорит до воды и погаснет?
Но этого не происходит. Вода охлаждает стеарин снаружи. Поэтому края свечи будут таять медленнее и вокруг фитиля образуется глубокая воронка. Свеча превратится в стеариновый кораблик, она будет постепенно всплывать. И хотя стеарина остается все меньше, даже маленький огарок, утяжеленный гвоздем, не пойдет ко дну. Свеча выгорит почти до самого конца.

Как объяснить это явление?
В процессе горения постепенно убывает сила тяжести свечи. Для ее равновесия выталкивающая сила должна уменьшаться, а это возможно только с подъемом свечи.

Кстати, наш подсвечник имеет одно важное преимущество. Догоревшая свеча никогда не наделает пожара: фитиль будет погашен водой.

ТОНЕТ ИЛИ ПЛАВАЕТ

Возьмите маленький стеклянный пузырек из-под лекарства и наберите в него столько воды, чтобы сила тяжести пузырька вместе с водой в нем была незначительно больше выталкивающей силы. В высокий стакан с водой опустите пузырек вверх дном, он потонет. Нагрейте стакан.

Почему через некоторое время пузырек поднимается вверх?
При нагревании давление воздуха в пузырьке увеличивается и часть воды из него вытекает. Общая сила тяжести пузырька с водой становится меньше выталкивающей силы, и пузырек всплывает.

СПЕЦИАЛЬНО ДЛЯ ТОНУЩИХ

Часто можно наблюдать, как тонущий человек, взывая о помощи, поднимает руки из воды.
Правильно ли он поступает?

Оказывается, нет. В этом можно убедиться на опыте. Для опыта возьмите пробирку с пробкой. В пробку вставьте проволоку, на концах которой укрепите две деревянные палочки — спички. В пробирку подлейте воды или насыпьте дроби или положите кусочек пластилина.

Две палочки и пробка изображают соответственно руки и голову человека. Если палочки поднять вверх, то при опускании пробирки в воду пробка окажется под водой ( А). Отогните палочки вниз. Если сейчас опустить пробирку в воду, пробка оказывается над водой ( Б).

Как объясните наблюдаемое явление?
Указанная пробирка ведет себя, как тело, плавающее на поверхности воды. Ее сила тяжести уравновешивается архиме­довой силой, равной силе тяжести воды, вытесненной пробиркой. Причем часть объема пробирки находится над водой. В первом случае он равен объему палочек, находящихся над водой, во втором он обусловлен частью пробки.

ОПЫТ СО СПИЧКАМИ

Несколько спичек подержите в воде сутки. Затем опустите их в бутылку, до краев наполненную водой. Возьмите пластмассовую пробку в виде наперстка, наденьте ее на указательный палец. Закройте пробкой горлышко бутылки и производите через пробку на воду давление. С увеличением давления спички тонут, с уменьшением — всплывают. Изменяя давление, можно заставить их плавать в воде на любой глубине.

Как это объяснить?
Явление объясняется законом Паскаля и архимедовой силой. Внутри спичек имеются пузырьки воздуха. При увеличении давления пузырьки уменьшаются. Общая сила тяжести спичек с водой становится больше выталкивающей силы, и они тонут. При уменьшении давления пузырьки увеличиваются в объеме. Общая сила тяжести спичек с водой становится меньше выталкивающей силы, и они всплывают.

«УДИВИТЕЛЬНОЕ ЯЙЦО»

Опустите яйцо в стеклянный сосуд, наполовину заполненный жидкостью. Оно плавает на поверхности.

А что будет с яйцом, если подлить в сосуд воды?
Обычно отвечают, что яйцо всплывет. Подливайте осторожно воду через воронку по стенке сосуда, пока он не наполнится. Яйцо, к удивлению зрителей, остается на старом уровне (высоте).

Почему?
Вначале в сосуд был налит водный раствор поваренной соли, на поверхности которого яйцо плавало. Затем подливали воду, плотность которой меньше плотности яйца. Этот опыт можно провести и с картофелем.

ТОНЕТ ЛИ ТАРЕЛКА?

Возьмите блюдце и опустите его на воду ребром, оно тонет. Если блюдце опустите на воду дном, оно плавает на поверхности.

Почему?
Фарфор или фаянс обладает большей плотностью, чем вода, поэтому при опускании блюдца ребром оно тонет.
При опускании блюдца дном на воду оно погружается в воду на такую глубину, при которой объем вытесненной воды по силе тяжести равен силе тяжести блюдца, что соответствует условию плавания тел на поверхности воды.

ЗАГАДКА ВЕСОВ

Положите на стол круглый карандаш, закрепите его с двух концов липкой лентой. Налейте в два стакана примерно одинаковое количество воды, положите поперек карандаша линейку (лучше деревянную, чтобы не гнулась) и поставьте стаканы с водой на концы этой линейки. Немного подвигайте линейку или стаканы, но добейтесь, чтобы вся система была в равновесии и ни один из стаканов не касался бы стола. Получились уравновешенные весы.

Теперь ответьте на такой вопрос: если сунуть палец в один из стаканов, не касаясь его стенок, то какой из стаканов перевесит?
Или, может быть, ничего не изменится?
Почему?

А теперь проверьте свой ответ. Да-да, суньте палец в воду, только стенок не касайтесь.
И последний вопрос: а что, если сунуть в воду копию вашего пальца из пластилина? А из дерева? А из свинца?

Если всунуть палец в стакан, видно, что вытесненная им вода поднимется выше прежнего уровня. Значит, если бы эта вытесненная вода просто вылилась из стакана, вес его (с пальцем, заполняющим объем вытесненной воды) не изменился бы. Но вытесненная пальцем вода по-прежнему, здесь, в стакане, а значит, стакан этот весит больше, чем другой, причем ровно на вес объема вытесненной воды. И совсем неважно, вытеснили мы этот объем собственным пальцем, его копией из пластилина или же из дерева или свинца.

Источники: Л.А. Горев «Занимательные опыты по физике»; Ф. Рабиза «Опыты без приборов»

Источник

Занимательные опыты по теме «Архимедова сила»

ОПЫТЫ по теме «Архимедова сила»

Наука – это чудесно, интересно и весело. Но в чудеса со слов верится плохо, их надо потрогать собственными руками. Есть опыт – занимательный!
И, если ты внимательный,
Умом самостоятельный
И с физикой на «ты»
То опыт занимательный –
Весёлый, увлекательный –
Тебе откроет тайны
И новые мечты!

1) Живая и мертвая вода

Поставьте на стол литровую стеклянную банку, заполненную на 2/3 водой, и два стакана с жидкостями: один с надписью «живая вода», другой – с надписью «мёртвая». Опустите в банку клубень картофеля (или сырое яйцо). Он тонет. Долейте в банку «живую» воду – клубень всплывёт, добавьте «мёртвую» – он опять утонет. Подливая то одну, то другую жидкость, можно получить раствор, в котором клубень не будет всплывать на поверхность, но и ко дну не пойдёт.
Секрет опыта в том, что в первом стаканчике – насыщенный раствор поваренной соли, во втором – обычная вода. (Совет: перед демонстрацией картофель лучше очистить, а в банку налить слабый раствор соли, чтобы даже незначительное увеличение её концентрации вызывало эффект).

2) Картезианский водолаз из пипетки

Наполните пипетку водой так, чтобы она плавала вертикально, практически полностью погрузившись в воду. Опустите пипетку – водолаза в прозрачную пластиковую бутылку, доверху наполненную водой. Герметично закройте бутылку крышкой. При нажиме на стенки сосуда, водолаз начнёт заполняться водой. Изменяя давление, добейтесь, чтобы водолаз выполнял ваши команды: «Вниз!», «Вверх!» и «Стоп!» (остановка на любой глубине).

3) Непредсказуемый картофель

(Опыт можно провести с яйцом). Опустите клубень картофеля в стеклянный сосуд, наполовину заполненный водным раствором поваренной соли. Он плавает на поверхности.
Что произойдёт с картофелем, если подлить в сосуд воды? Обычно отвечают, что картофель всплывёт. Подливайте осторожно воду (её плотность меньше плотности раствора и яйца) через воронку по стенке сосуда, пока он не наполнится. Картофель, к удивлению зрителей, остаётся на прежнем уровне .

4) Вращающийся персик

Налейте в стакан газированной воды. Диоксид углерода, растворённый в жидкости под давлением, начнёт выходить из неё. Поместите в стакан персик. Он сразу всплывёт на поверхность и … начнёт вращаться, как колесо. Вести себя подобным образом он будет довольно долго.

Для того чтобы понять причину этого вращения, присмотритесь, что происходит. Обратите внимание на бархатистую кожицу фрукта, к волоскам которой будут прилипать пузырьки газа. Так как на одной половинке персика всегда будет больше пузырьков, то на неё действует большая выталкивающая сила, и она поворачивается вверх.

5) Сила Архимеда в сыпучем веществе

На представлении «Наследие Архимеда» жители Сиракуз соревновались в «доставании со дна морского жемчужины». Аналогичную, но более простую демонстрацию можно повторить, используя небольшую стеклянную банку с пшеном (рисом). Положите туда теннисный шарик (или корковую пробку) и закройте её крышкой. Переверните банку так, чтобы шарик оказался в её нижней части под пшеном. Если создать легкую вибрацию (легонько потрясти банку вверх-вниз), то сила трения между зёрнышками пшена уменьшится, они станут подвижными и шарик через некоторое время под действием силы Архимеда всплывёт на поверхность.

6) Пакет полетел без крыльев

Поставьте свечу , зажгите её, подержите над ней пакет, воздух в пакете нагреется,

Отпустив пакет , убедитесь, как под действием силы Архимеда пакет полетит вверх.

7) Разные пловцы по-разному плавают

Налейте в сосуд воды и масла. Опустите гайку, пробку и кусочки льда. Гайка окажется на дне, пробка на поверхности масла, лёд окажется на поверхности воды под слоем масла.

Это объясняется условиями плавания тел:

сила Архимеда больше силы тяжести пробки – пробка плавает на поверхности,

сила Архимеда меньше силы тяжести, действующей на гайку – гайка тонет

сила Архимеда, действующая на кусок льда больше силы тяжести льда – пробка плавает на поверхности воды, но так как плотность масла меньше плотности воды, и меньше плотности льда — масло останется на поверхности над льдом и водой

8) Опыт, подтверждающий закон

К пружине подвесьте ведёрко и цилиндр. Объём цилиндра равен внутреннему объёму ведёрка. Растяжение пружины отмечено указателем. Целиком погружайте цилиндр в отливной сосуд с водой. Вода выливается в стакан.

Объём вылившейся воды равен о бъёму погружённого в воду тела. Указатель пружины отмечает уменьшение веса цилиндра в воде, вызванное действием в ыталкивающей силы.

Выливайте в ведёрко воду из стакана и увидите, что указатель пружины возвращается к начальному положению. Итак, под действием архимедовой силы пружина сократилась, а под действием веса вытесненной воды вернулась в начальное положение. Архимедова сила равна весу жидкости, вытесненной телом.

9) Исчезло равновесие

Сделайте бумажный цилиндр, подвесим вверх дном на рычаг и уравновесим.

Поднесем спиртовку под цилиндр. Под действием тепла равновесие нарушается, сосуд поднимается вверх. Так как сила Архимеда растёт.

Такие оболочки, наполненные теплым газом или горячим воздухом называют воздушными шарами и применяют для воздухоплавания.

Проделав опыты, мы убедились, что на тела, погружённые в жидкости, газы и даже сыпучие вещества, действует сила Архимеда, направленная вертикально вверх. Архимедова сила не зависит от формы тела, глубины его погружения, плотности тела и его массы. Сила Архимеда равна весу жидкости в объёме погружённой части тела.

Источник

Архимедова сила: что это такое и как действует

Рассказываем, почему железные корабли не тонут, а воздушные шары летают, что такое «эврика» и при чём здесь Дональд Дак.

Гениальный учёный Архимед, живший в древнегреческих Сиракузах в III веке до нашей эры, прославился среди современников как создатель оборонительных машин, способных перевернуть боевой корабль. Другое его изобретение, «Архимедов винт», по сей день остаётся важнейшей деталью гигантских буровых установок и кухонных мясорубок. Мир обязан Архимеду революционными открытиями в области оптики, математики и механики.

Его личность окутана легендами, порой весьма забавными. С одной из них мы и начнём нашу статью.

«Эврика!» Открытие закона Архимеда

Однажды царь Сиракуз Гиерон II обратился к Архимеду с просьбой установить, действительно ли его корона выполнена из чистого золота, как утверждал ювелир. Правитель подозревал, что мастер прикарманил часть драгоценного металла и частично заменил его серебром.

В те времена не существовало способов определить химический состав металлического сплава. Задача поставила учёного в тупик. Размышляя над ней, он отправился в баню и лёг в ванну, до краёв наполненную водой. Когда часть воды вылилась наружу, на Архимеда снизошло озарение. Такое, что учёный голышом выскочил на улицу и закричал «Эврика!», что по-древнегречески означает «Нашёл!».

Он предположил, что вес вытесненной воды был равен весу его тела, и оказался прав. Явившись к царю, он попросил принести золотой слиток, равный по весу короне, и опустить оба предмета в наполненные до краёв резервуары с водой. Корона вытеснила больше воды, чем слиток. При одной и той же массе объём короны оказался больше, чем объём слитка, а значит, она обладала меньшей плотностью, чем золото. Выходит, царь правильно подозревал своего ювелира.

Так был открыт принцип, который теперь мы называем законом Архимеда:

На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела.

Эта выталкивающая сила и называется силой Архимеда.

Формула силы Архимеда

На любой объект, погружённый в воду, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Таким образом, вес объекта, погружённого в воду, будет отличаться от его веса в воздухе в меньшую сторону. Разница будет равна весу вытесненной воды.

Чем больше плотность среды — тем меньше вес. Именно поэтому погрузившись в воду, мы можем легко поднять другого человека.

Выталкивающая сила зависит от трёх факторов:

• плотности жидкости или газа (p);
• ускорения свободного падения (g);
• объёма погружённой части тела (V).

Сопоставив эти данные, получаем формулу:

Как действует сила Архимеда

Поскольку сила Архимеда, действующая на тело, зависит от объёма его погружённой части и плотности среды, в которой оно находится, можно рассчитать, как поведёт себя то или иное тело в определённой жидкости или газе.

Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.

Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.

Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдёт на дно.

Сила Архимеда в жидкости: почему корабли не тонут

Корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Но если корабль получит пробоину и пространство внутри заполнится водой, то общая плотность судна увеличится, и оно утонет.

В подводных лодках существуют специальные резервуары, заполняемые водой или сжатым воздухом в зависимости от того, нужно ли уйти на глубину или подняться ближе к поверхности. Тот же самый принцип используют рыбы, наполняя воздухом специальный орган — плавательный пузырь.

На тело, плотно прилегающее ко дну, выталкивающая сила не действует. Это учитывают при подъёме затонувших кораблей. Сначала судно слегка приподнимают, позволяя воде проникнуть под него. Тогда давление воды начинает действовать на корабль снизу.

Но чтобы поднять корабль на поверхность, необходимо уменьшить его плотность. Разумеется, воздух в получившем пробоину корпусе не удержится. Поэтому его заполняют каким-нибудь лёгким веществом, например, шариками пенополистирола.

Примечательно, что эта идея впервые пришла в голову не учёным, а авторам диснеевского комикса, в котором Дональд Дак таким образом поднимает со дна яхту Скруджа Макдака. Датский инженер Карл Кройер (Karl Krøyer), впервые применивший метод на практике, по собственному признанию вдохновлялся «Утиными историями».

Сила Архимеда в газах: почему летают дирижабли

В воздухе архимедова сила действует так же, как в жидкости. Но поскольку плотность воздуха обычно намного меньше, чем плотность окружённых им предметов, выталкивающая сила оказывается ничтожно мала.

Впрочем, есть исключения. Воздушный шарик, наполненный гелием, стремится вверх именно потому, что плотность гелия ниже, чем плотность воздуха. А если наполнить шар обычным воздухом — он упадёт на землю. Плотность воздуха в нём будет такая же, как у воздуха снаружи, но более высокая плотность резины обеспечит падение шарика.

Этот принцип используется в аэростатах — воздушные шары и дирижабли наполняют гелием или горячим воздухом (чем горячее воздух, тем ниже его плотность), чтобы подняться, и снижают концентрацию гелия (или температуру воздуха), чтобы спуститься. На них действует та же выталкивающая сила, что и на подводные лодки. Именно поэтому перемещения на аэростатах называют воздухоплаванием.

Учите физику вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду PHYSICS72021 вы получите бесплатный доступ к курсу физики 7 класса, в котором изучается архимедова сила.

Когда сила Архимеда не работает

• Если тело плотно прилегает к поверхности. Если между телом и поверхностью нет жидкости или газа — нет и выталкивающей силы. Именно поэтому подводным лодкам нельзя ложиться на илистое дно — мощности их двигателей не хватит, чтобы преодолеть давление толщи воды сверху.
• В невесомости. Наличие веса у жидкости или газа — обязательное условие для возникновения архимедовой силы. В состоянии невесомости горячий воздух не поднимается, а холодный не опускается. Поэтому на МКС создают принудительную конвекцию воздуха с помощью вентиляторов.
• В растворах и смесях. Если в воду налить спирт, на него не будет действовать сила Архимеда, хотя плотность спирта меньше плотности воды. Поскольку связь между молекулами спирта слабее, чем связь молекул воды, он растворится в воде, и образуется новая жидкость — водный раствор спирта.

У нас вы сможете учиться в удобном темпе, делать упор на любимые предметы и общаться со сверстниками по всему миру.

Попробовать бесплатно

Интересное по рубрике

Найдите необходимую статью по тегам

Подпишитесь на нашу рассылку

Мы в инстаграм

Домашняя онлайн-школа
Помогаем ученикам 5–11 классов получать качественные знания в любой точке мира, совмещать учёбу со спортом и творчеством

Посмотреть

Рекомендуем прочитать

Реальный опыт семейного обучения

Звонок по России бесплатный

Пишите нам письма

Посмотреть на карте

Если вы не нашли ответ на свой вопрос на нашем сайте, включая раздел «Вопросы и ответы», закажите обратный звонок. Мы скоро свяжемся с вами.

Источник