Плавание тел

Тема: Пла­ва­ние тел. На двух преды­ду­щих за­ня­ти­ях мы с вами вы­яс­ни­ли, что на тела, по­гру­жен­ные в жид­кость или газ, дей­ству­ет вы­тал­ки­ва­ю­щая сила. Древ­не­гре­че­ский уче­ный Ар­хи­мед пред­ло­жил спо­соб вы­чис­ле­ния этой силы. Се­год­ня мы с вами по­рас­суж­да­ем о том, по­че­му тела, по­гру­жен­ные в одни жид­ко­сти, будут всплы­вать на ее по­верх­ность, а по­гру­жен­ные в дру­гую жид­кость будут то­нуть. По­че­му тела в раз­ных жид­ко­стях ведут себя по-раз­но­му?

Рас­смот­рим по­ве­де­ние двух брус­ков: же­лез­но­го и де­ре­вян­но­го, оди­на­ко­во­го объ­е­ма при их по­гру­же­нии в воду.

Же­лез­ный бру­сок опу­стит­ся на дно, а де­ре­вян­ный всплы­вет на по­верх­ность. По­че­му это про­ис­хо­дит? Да­вай­те рас­смот­рим, какие силы дей­ству­ют на каж­дый бру­сок - это сила тя­же­сти и вы­тал­ки­ва­ю­щая сила Ар­хи­ме­до­ва. Так как объ­е­мы этих тел оди­на­ко­вы и жид­кость, в ко­то­рую они по­гру­же­ны одна и та же, то зна­че­ние вы­тал­ки­ва­ю­щей силы будет оди­на­ко­во. Брус­ки вы­пол­не­ны из раз­но­го ма­те­ри­а­ла, зна­чит, что при одном и том же объ­е­ме, но при раз­лич­ной плот­но­сти сила тя­же­сти, дей­ству­ю­щая на же­лез­ный бру­сок, будет боль­ше, чем сила тя­же­сти, дей­ству­ю­щая на де­ре­вян­ный бру­сок.

                               УСЛО­ВИЯ ПЛА­ВА­НИЯ ТЕЛ

      ТЕЛО ТОНЕТ          ТЕЛО ПЛА­ВА­ЕТ                 ТЕЛО ВСПЛЫ­ВА­ЕТ

                                      ВНУТ­РИ ЖИД­КО­СТИ

            F_Т > F_A                         F_A=F_Т                                    F_Т<F_A

Итак, по­ве­де­ние брус­ков в жид­ко­сти за­ви­сит от того, на­сколь­ко от­ли­ча­ют­ся сила тя­же­сти и вы­тал­ки­ва­ю­щая сила. Если сила тя­же­сти боль­ше Ар­хи­ме­до­вой силы, тело тонет. Если сила тя­же­сти при­бли­зи­тель­но равна Ар­хи­ме­до­вой силы, тело будет пла­вать внут­ри жид­ко­сти. Если сила тя­же­сти мень­ше Ар­хи­ме­до­вой силы, то тело будет всплы­вать на по­верх­ность.

Для того чтобы рас­счи­тать силу тя­же­сти нам необ­хо­ди­мо знать плот­ность тела, уско­ре­ние сво­бод­но­го па­де­ния и объем тела.

Для того чтобы рас­счи­тать Ар­хи­ме­до­ву силу нам необ­хо­ди­мо знать зна­че­ние плот­но­сти жид­ко­сти и опять, таки зна­че­ние уско­ре­ния сво­бод­но­го па­де­ния и объ­е­ма тела. Под­ста­вим эти вы­ра­же­ния в дан­ные со­от­но­ше­ния:

           F_Т > F_A                                  F_A=F_Т                              F_Т<F_A

           р_Т>р_Ж                                  р_Т=р_Ж                              р_Т<р_Ж

При­ве­дем необ­хо­ди­мые ма­те­ма­ти­че­ские пре­об­ра­зо­ва­ния и что мы по­лу­чим?

Если плот­ность тела боль­ше плот­но­сти жид­ко­сти, то тело тонет. Если плот­ность тела при­бли­зи­тель­но равна плот­но­сти жид­ко­сти, то тело пла­ва­ет внут­ри жид­ко­сти. Если плот­ность тела мень­ше, чем плот­ность жид­ко­сти, тело всплы­ва­ет на по­верх­ность дан­ной жид­ко­сти.

Может ли одно и то же тело то­нуть в одной и пла­вать в дру­гой жид­ко­сти? Да­вай­те про­ве­рим это экс­пе­ри­мен­таль­но. Перед вами сосуд с водой. По­гру­зим туда ва­ре­ное яйцо. Яйцо тонет. Но, если до­ба­вить в воду соль и со­здать на­сы­щен­ный рас­твор, то яйцо будет пла­вать на по­верх­но­сти. Когда плот­но­сти жид­ко­сти раз­лич­ны, то чем боль­ше плот­ность жид­ко­сти, тем боль­ше вы­тал­ки­ва­ю­щая сила и тело может пла­вать на по­верх­но­сти одной жид­ко­сти и то­нуть в дру­гой. По­доб­но­го эф­фек­та мы можем с вами до­стичь, по­гру­зив­шись в Мерт­вое море. Плот­ность воды там со­став­ля­ет до 1400 кг/м³. И че­ло­век может дер­жать­ся на по­верх­но­сти Мерт­во­го моря, прак­ти­че­ски ни при­ла­гая для этого, ни каких уси­лий. Боль­шин­ство живых ор­га­низ­мов, на­се­ля­ю­щих вод­ную среду, имеет сред­нюю плот­ность рав­ную плот­но­сти воды. Имен­но это поз­во­ля­ет им пла­вать под водой. Осо­бую роль иг­ра­ет, так на­зы­ва­е­мый, пла­ва­тель­ный пу­зырь. Меняя его объем, то уве­ли­чи­вая, то умень­шая, рыбы могут пла­вать на раз­ной глу­бине, т.к. они уве­ли­чи­ва­ют или умень­ша­ют вы­тал­ки­ва­ю­щую силу, дей­ству­ю­щую на них. Где ис­поль­зу­ет­ся по­доб­ное свой­ство в тех­ни­ке? Ко­неч­но, в су­до­стро­е­нии. Ко­раб­ли, вы­пол­нен­ные из стали пре­крас­но дер­жат­ся на по­верх­но­сти воды. А по­доб­ный ко­раб­лю кусок стали будет то­нуть в той же самой воде.

Итак, мы с вами можем сде­лать вывод: из­ме­няя объем тела можно до­бить­ся его пла­ву­че­сти.

Се­год­ня на за­ня­тии мы с вами разо­бра­лись, по­че­му тела могут пла­вать или то­нуть. Это за­ви­сит от со­от­но­ше­ния силы тя­же­сти и силы Ар­хи­ме­да. Так же можно ска­зать, что пла­ву­честь тела будет за­ви­сеть от со­от­но­ше­ния  плот­но­сти тела и плот­но­сти жид­ко­сти.