Введение. Издревле человека окружает вода

Издревле человека окружает вода. Вода кормит и поит его. Но еще древние люди стали задумываться над тем, почему плавают рыбы. Почему некоторые предметы тонут, а некоторые держатся на поверхности воды. Люди очень хотели научиться плавать, чтобы удобнее было ловить рыбу. Они начинали строить первые плавательные средства.

Сначала это были просто связанные брёвна, плоты или челноки, выдолбленные из брёвен. Людям стало интересно, а что находится там, куда течёт река? И они стали плавать и открывать новые земли. Постепенно плавательные средства улучшались. Около 5000 лет назад шумеры и египтяне начали сооружать суда, которые ходили на вёслах и под парусом. В 19 веке паровые двигатели заменили парус, а вместо дерева начали использовать сталь. Спустя ещё столетие появились корабли с дизельными двигателями. В настоящее время корабли представляют собой огромные лайнеры и авианосцы, которые бороздят просторы мирового океана и могут месяцами не заходить в порт.

Но для меня этот вопрос все равно не понятен. Под водой мы можем поднять с легкостью камень, который с трудом поднимаем в воздухе. Если погрузить пробку под воду и выпустить её из рук, то она всплывёт. Когда мы плаваем в воде, наше тело выталкивают на поверхность какие-то силы. Как можно объяснить эти явления? Почему такие большие корабли, сделанные из металла, перевозят тяжелые грузы, плавают и не тонут?

Цели исследовательской работы:

· Изучить литературу по интересующей нас проблеме и определить условия, при которых тело плавает на поверхности жидкости или тонет.

· Экспериментально убедиться в том, что некоторые тела (кусочки дерева или пенопласта) не тонут, а другие (кусок пластилин или стальной гвоздь) идут ко дну.

· С помощью опыта показать, что из тяжелого материала может быть сделан кораблик, который плавает на поверхности воды.

· Пронаблюдать явление плавания тела (картошки) на границе между тяжелой и легкой жидкости (соленой и пресной воды).

· Познакомиться с историей открытия закона Архимеда и условий плавания тел в жидкостях и газах.

Объект исследования –– физические явления происходящие при погружении тела в жидкость или газ.

Предмет исследования –– условия плавания тел в жидкостях и газах; причины плавания кораблей, подводных лодок, рыб и т.д.

Гипотеза:

Плавание тел в жидкости вызвано определенными причинами, зависит от действующих на тело сил, свойств жидкости, объема и формы тела.

Методы исследования:

· метод информационного поиска,

· метод построения качественной модели явления,

· метод умозаключений и логического вывода,

· метод наблюдений,

· экспериментальный метод изучения явлений,

· метод фиксирования исследуемых явлений на фото.

Глава 1. Закон Архимеда. Теоретические основы.

Почему вес тела в воде меньше веса тела в воздухе? Известно, что всякая жидкость давит на погруженное в неё тело со всех сторон: и сверху, и снизу, и с боков. Почему же на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, всегда направленная вверх?

Зависимость давления в жидкости или газов глубины приводит к возникновению выталкивающей силы, действующей на любое тело, погруженное в жидкость или газ.

Эту силу называют архимедовой силой.

Рассмотрим силы, которые действуют со стороны жидкости на погруженное в неё тело. Почему силы, действующие на боковые грани тела равны и уравновешивают друг друга? А вот силы, действующие на верхнюю и нижнюю грани тела неодинаковы?

Рассчитаем выталкивающую силу.

Ø F₁=p ₁S₁, F₂=p ₂S₂, S₂=S₁=S,

Ø Fвыт =F₂-F₁= ρжgS(h₂-h₁)= ρжgSh

h- высота параллелепипеда

Sh =V – объём параллелепипеда

Ø ρж V=mж - масса жидкости в объёме параллелепипеда

Выталкивающая сила равна весу жидкости в объёме погружённого в неё тела

Архимедова сила направлена противоположно силе тяжести; поэтому вес тела при взвешивании в жидкости или газе оказывается меньше веса, измеренного в вакууме.

Глава 2.Условия плавания тел.

На тело, находящееся в жидкости или газе, в обычных земных условиях действуют две противоположно направленные силы: сила тяжести и архимедова сила.

Если сила тяжести по модулю больше архимедовой силы, то тело опускается вниз - тонет. Если модуль силы тяжести равен модулю архимедовой силы, то тело может находиться в равновесии на любой глубине. Если архимедова сила больше силы тяжести, то тело поднимается вверх – всплывает. Всплывающее тело частично выступает над поверхностью жидкости; объем погруженной части плавающего тела таков, что вес вытесненной жидкости равен весу плавающего тела. Архимедова сила больше силы тяжести, если плотность жидкости больше плотности погруженного в жидкость тела. Поэтому дерево всплывает в воде. Однако на воде держатся громадные речные и морские суда, изготовленные из стали, плотность которой почти в 8 раз больше плотности воды. Объясняется это тем, что из стали делают лишь сравнительно тонкий корпус судна, а большая часть его объема занята воздухом. Среднее значение плотности судна при этом оказывается значительно меньше плотности воды; поэтому оно не только не тонет, но и может принимать для перевозки большое количество грузов.

Глава 3.Пенопласт в воде

Что произойдет, если в сосуд с водой положить кусочек дерева или пенопласта? Я проделал этот опыт и обнаружил, что пенопласт не тонет, а плавает на поверхности То же самое происходит с кусочком дерева. Это свойство дерева плавать на поверхности воды используется для построения плотов.

Глава 4.Пластилин в воде

А как будет вести себя пластилиновый шарик, если его опустить в сосуд с водой? Я выполнил этот эксперимент и обнаружил, что пластилин в отличие от пенопласта не плавает на поверхности, а тонет в воде. Почему дерево или пенопласт плавают, а пластилин не плавает в воде? Вы об этом задумывались?

Дело в том, что на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила Архимеда, направленная вверх. Она равна весу вытесненной жидкости. Если тело легче воды, то сила Архимеда больше силы тяжести и тело поднимается вверх, плавает на поверхности. Так происходит с деревом и пенопластом.

Пластилин тяжелее воды. Действующая на него сила тяжести больше выталкивающий силы Архимеда, поэтому пластилин идет на дно. Железный гвоздь тоже потонет, так как железо тяжелее воды.

Глава 5.Пластилиновый кораблик

Если железо тяжелее воды, то почему тогда плавают железные корабли? Я решил сделать следующий опыт: из пластилина вылепить лодочку и посмотреть, будет ли она плавать.

Оказалось, что пластилиновая лодочка плавает, хотя кусок пластилина тонет. В дереве и в пенопласте тоже имеется воздух, – они не тонут. Может быть корабли не тонут потому, что внутри них имеется воздух? Это не совсем так. Стальной корабль не тонет, потому что он имеет необычную форму и при погружении вытесняет большой объем воды. Возникает огромная выталкивающая сила Архимеда, которая удерживает корабль на плаву и позволяет перевозить многотонные грузы.

Глава 6.Картошка внутри жидкости

А как сделать так, чтобы тело не тонуло и не всплывало, а плавало внутри жидкости как рыба или подводная лодка?

Для опыта взяли картошку. Налили воду в банку и бросили туда картошку. Картошка утонула. Значит картошка тяжелее чистой воды.

Затем мы растворили в воде много поваренной соли и получили насыщенный раствор. Снова бросили картошку в воду, –– на этот раз картошка не утонула, а стала плавать на поверхности. Видимо, картошка легче соленой воды.

После этого мы аккуратно долили в банку чистой воды так, чтобы она не перемешалась с соленой водой. Картошка оказалась на границе между соленой и чистой водой. Она плавала внутри жидкости.Если картошку достать из банки и потом снова туда ее положить, то она опять окажется внутри жидкости.

1) Картошка тонет в пресной воде

2) В соленой воде картошка плавает на поверхности

3) Картошка между пресной и соленой водой

Заключение

В ходе выполнения настоящего исследования были решены следующие задачи:

· Изучена литература по вопросу о плавании различных тел в жидкостях и газах.

· Выполнена серия экспериментов, связанных с изучением плавания тел в жидкости. Результаты опытов зафиксированы на цифровой фотоаппарат, получена серия фотографий.

В результате было установлено, следующее:

1. Если тело “тяжелее” жидкости, то оно тонет, а если тело “легче” жидкости, то оно всплывает.

2. Из “тяжелого” материала можно создать кораблик, который будет плавать на поверхности жидкости.

3. Если объем воздуха внутри подводной лодки уменьшается, то она погружается вниз.

Список литературы

1) Ушаков С. З. Плавание тел / С. З. Ушаков Большая энциклопедия, том 3 «Числа и фигуры, вещество и энергия». – Москва: «Издательство Академии Педагогических Наук РСФСР», 1999. – С. 279-288.

2) Перля З. Н. Корабли / З. Н. Перля: Большая энциклопедия, том 3 «Числа и фигуры, вещество и энергия». – Москва: «Издательство Академии Педагогических Наук РСФСР», 2001. – С. 443-459.

3) Тугушева Г.П., Чистякова А.Е. Экспериментальная деятельность: Методическое пособие.- СПб.:, 2009. –С.68-70.

4) Большая иллюстрированная энциклопедия эрудита. –– М.: Махаон, 2006. –– 487 с.

5) Перышкин А.В. Физика. 7 кл. –– М.: Дрофа, 2005. –– 189 с.

6) Фаулер Уилл История оружия. –– Смоленск: Русич, 2002. –– 128 c.

Дата добавления: 2015-07-02