Сайт по физике для учеников.
§52 Плавание тел.
На тело, находящееся внутри жидкости, действуют две силы: сила тяжести, направленная вниз, и архимедова сила, направленная вертикально вверх.1) если сила тяжести Fтяж больше архимедовой силы Fa, то тело будет опускаться на дно, т.е. тонуть. Значит если Fтяж > Fa тело будет тонуть
2) если сила тяжести Fтяж равна архимедовой силе Fa, то тело может находиться в равновесии в любом месте жидкости Значит если Fтяж = Fa Тело будет плавать.
3. Если сила тяжести Fтяж меньше архимедовой силы Fa, то тело будет подниматься из жидкости, т.е. плавать Значит, если Fтяж < Fa, Тело всплывет
Когда всплывающее тело достигнет поверхности, то при последующем движении вверх архимедова сила будет уменьшаться, т.к. будет уменьшаться объем части тела, погруженной в жидкость, а архимедова сила равна весу жидкости в объеме погруженной в нее части тела.
Когда архимедова сила станет равной силе тяжести, тело остановиться и будет плавать на поверхности жидкости, частично погрузившись в неё.
Данный вывод легко проверить следующим примером: В отливной сосуд наливают воду до уровня боковой трубки. После этого в сосуд погружают плавающее тело, предварительно взвесив его в воздухе. Опустившись в воду, тело вытесняет воду в объеме, равному объему погруженному в нее части тела. Взвесив эту воду, находят, что ее вес (архимедова сила) равен силе тяжести, действующей на плавающее тело, или весу этого тела в воздухе.
Если тело плавает в жидкости, то вес вытесненной жидкости равен весу этого тела в воздухе. Если плотность сплошного твердого тела больше плотности жидкости, то тело в такой жидкости тонет. Тело с меньшей плотностью всплывает в этой жидкости.
Например кусок железа тонет в воде, но всплывает во ртути. Тело же, плотность которого равна плотности жидкости будет плавать в этой жидкости.
Чем меньше плотность по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть его тела погружена в жидкость. При равных плотностях твердого тела и жидкости, тело плавает внутри жидкости на любой глубине. Вода и керосин располагаются в сосуде в соответствии со своими плотностями: в нижней части сосуда – более плотная вода (ρ=1000 кг\м3) сверху – более легкий керосин (ρ=800 кг\м3). Средняя плотность живых организмов, населяющих водную среду мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается архимедовой силой.
Ответы на вопросы
Вопрос1. При каком условии тело, находящееся в жидкости тонет; плавает; всплывает?
Ответ: Если сила тяжести больше архимедовой силы, то тело утонет; Если сила тяжести равна архимедовой силе то тело плавает; если архимедова сила больше силы тяжести то тело всплывает.
Вопрос2. Как показать на опыте, что вес жидкости, вытесненной плавающим телом, равен весу тела в воздухе?
Ответ: Опустившись в воду тело вытесняет объем жидкости, равный объему тела. Взвесив эту воду можно понять, что ее вес равен весу погруженной в нее части тела, т.е. архимедова сила равна силе тяжести.
Вопрос3. Чему равна выталкивающая сила, которая действует на тело, плавающее на поверхности жидкости?
Ответ: выталкивающая сила (архимедова) равна силе тяжести, которая давит на тело перпендикулярно архимедовой силе.
Вопрос4. Как зависит глубина погружения в жидкость плавающего тела от его плотности?
Ответ: Чем больше плотность тела, относительно жидкости, тем глубже он погрузиться.
Вопрос5. Почему водяные животные не нуждаются в прочных скелетах?
Ответ: т.к. их плотность практически не отличается от плотности воды и их вес почти полностью уравновешивается архимедовой силой.
Вопрос6: Какую роль играет плавательный пузырь у рыб?
Ответ: Когда рыба с помощью мышц опускается на большую глубину и давление воды на нее увеличивается, пузырь сжимается, объем тела рыбы уменьшается и она не выталкивается вверх, а плавает на глубине.
Вопрос7: Как регулируют глубину погружения киты?
Ответ: За счет уменьшения и увеличения объема легких
Упражнение 27
Вопрос 1. На весах уравновесили отливной сосуд с водой. В воду опустили деревянный брусок. Равновесие весов сначала нарушилось, но когда вся вода вытекла из сосуда, равновесие сосудов восстановилось. Объясните это явление
Ответ: Если тело плавает в жидкости, то вес тела в воздухе равен весу вытесненной жидкости. При опускании бруска в воду левая чаша весов тяжелее, потому что на чашу давит тот же объем воды и брусок. Постепенно вода выливается и равновесие восстанавливается, потому что вес вытесненной воды равен весу бруска.
Вопрос 2. На рисунке 157 изображено одно и то же тело, плавающее в жидкости. Плотность какой жидкости больше? Почему? Что можно сказать о равновесии архимедовой силы и силы тяжести в том и другом случае?
Ответ: Плотность жидкости в нижнем сосуде больше, потому что объем вытесненного из жидкости тела больше. Сила тяжести равна в обоих случаях, а архимедова сила нет. В нижнем сосуде сила архимеда больше и объем тела, вытесненного из нее тоже больше.
Вопрос 3. Яйцо тонет в пресной воде, но плавает в соленой. Объясните почему.
Ответ: Сила Архимеда в соленой воде больше, поэтому яйцо плавает Вопрос 4. Изобразите географически силы, действующие на тело, плавающее в воде, всплывающее на поверхность воды, тонущее в воде.
Ответ: На листочке.
Вопрос 5. Определите, тела из каких металлов будут плавать в ртути, а какие – тонуть? Ответ: Плавают: свинец, серебро, медь, латунь, железо, сталь, олово, цинк, чугун, корунд, алюминий и т.п. Тонут: золото,осмий, иридий,платина.
Вопрос 6. Будет ли кусок льда плавать в бензине, керосине, глицерине?
Ответ: Нет, плотность льда больше плотности бензина, керосина, глицерина. Он утонет.
Сайт подготовки к ЕГЭ и ОГЭ по физике