МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ АВТОНОМНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА с. ТОМИЧИ ФИЛИАЛ УСПЕНОВСКИЙ
Предмет физика
Тема работы: «Архимедова сила. Плавание тел»
Подготовил: | Кушнарёв Евгений Алексеевич Обучающийся 9 кл. МОАУ СОШ с. Томичи филиал Успеновский Ул. Школьная 1 Ул. Школьная 20 89245830843 Нет Руководитель: Шульга Ирина Александровна Учитель МОАУ СОШ с. Томичи филиал Успеновский Ул. Школьная 1 89246816796 [email protected] |
с.Успеновка,2021
Содержание:
1. Введение……………………………………………………………… стр.3
2.Циклограмма проектно-исследовательской работы ……………….стр. 3
Основная часть:
1) Теоретическая часть
3. Историческая справка о Архимеде ………………………………….стр.4
4. Открытие Архимедом выталкивающей силы……………………….стр.4 5. Условие плавания тел…………………………………………………стр.5
2) Практическая часть
6. Опыт №1.«Три тела из разного вещества»…………………………..стр.5
7. Опыт№2 . «Яйцо в воде»……………………………………………....стр.6
8. Опыт №3: « Опыт с картофелиной»…………………………………..стр.6
9.Опыт №4 Как «утопить» картофель?.....................................................стр.7
10.Определение силы Архимеда…………………………………………стр.8
11.Заключение…………………………………………………………… стр.10 12. Литература…………………………………………………………….стр.11
Введение.
Посмотрите внимательно на фотографию. На суше гусь производит впечатление малоподвижной, неуклюжей птицы. «На красных лапках гусь тяжелый…» - так писал А.С.Пушкин, применяя очень выразительное слово «тяжелый» для характеристики птицы. Но вот гусь вошел в воду и поплыл… теперь, мы видим уже легкую грациозную птицу, движущуюся быстро и свободно.
Возникает много вопросов ПОЧЕМУ?
- Почему не тонет гусь?
- Почему маленький камень, брошенный в воду, тонет, а огромное бревно плавает на поверхности?
- Почему свежее яйцо тонет в пресной воде, а плавает в солёной воде?
- Почему масло, образует пленку на поверхности воды?
- Почему говорят, что учиться плавать лучше на море?
- Почему под водой мы можем легко поднять камень, который с трудом поднимаем в воздухе?
- Почему водоплавающие птицы мало погружаются в воду?
На эти и многие другие вопросы я попытаюсь ответить при реализации своей работы.
Цель:
· проверить на опытах выполнение закона Архимеда.
· определить условия плавание тел (проверить практически)
Задачи:
- подобрать и изучить литературу
- вспомнить историю открытия закона Архимеда.
- вывести условие плавания тел.
- провести опыты, доказывающие гидростатическую силу
Предмет исследования:физика.
Объект исследования:«Закон Архимеда». «Условие плавание тел».
Методы исследования: 1) Теоретический.
2) Практический.
продукт:
· проекно-исследовательская работа;
· презентация (учебное пособие для проведения уроков физики в 7 классе).
Необходимое оборудование: лабораторное оборудование (мензурка, 3-4 тела, таблица плотностей, 2-3 сосуда с разными жидкостями: вода (пресная, солёная), масло растительное).
Циклограмма проектно-исследовательской работы
Проектно - исследовательская работа «Архимедова сила. Плавание тел».
Сентябрь- октябрь
1.Формулировка совместно с руководителем темы, проблемы, гипотезы работы).
Октябрь
2.Составление развёрнутого плана работы.
Декабрь, Январь
4.Проведение исследований.Подготовка чистого варианта составления.
Февраль
5.Подготовка выступления и электронной презентации на школьную конференцию.
Моря и Пустыни. Земля и Луна.
И снега лавины…
Природа сложна, но Природа одна.
Законы Природы едины.
Вот плот и корабль,
Поплавок рыбака-
Плывут как по небу
Плывут облака.
Но камень в воде не плывёт как бревно,
И камнем бревно не уходит на дно.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Теоретическая часть
Историческая справка.В еликий математик и физик древности Архимед ( 287 - 212 гг до н. э.) родился в городе Сиракузы в Сицилии. Некоторое время учился в Египте, в Александрии. Большую часть жизни провёл в родном городе Сиракузы. Где и был убит при захвате города воинами Марцелла во время Второй Пунической войны.
Несомненно, Архимед — самый гениальный учёный Древней Греции. Он сделал замечательные открытия в механике, хорошо знал астрономию, оптику, гидравлику и был поистине легендарной личностью. Сын астронома Фидия, написавшего сочинение о диаметрах Солнца и Луны. Он был приближён ко двору царя Гиерона II.
Открытие Архимедом выталкивающей силы
Хорошо известна легенда о жертвенном венце Гиерона. Архимеду поручили проверить честность ювелира и определить, сделан венец из чистого золота или с примесями других металлов и нет ли внутри него пустот. Однажды, размышляя об этом, Архимед погрузился в ванну, и заметил, что вытесненная его телом вода пролилась через край. Гениального учёного тут же осенила яркая идея, и с криком “Эврика, эврика!” он, как был нагой, бросился проводить эксперимент. Идея Архимеда очень проста. Тело, погружённое в воду, вытесняет столько жидкости, каков объём самого тела. Поместив венец в цилиндрический сосуд с водой, можно определить, какое количество жидкости он вытеснит, т. е. узнать его объём. А, зная объём и взвесив венец, легко вычислить удельную массу. Это и даст возможность установить истину: ведь золото — очень тяжёлый металл, а более лёгкие примеси, и тем более пустоты, уменьшают удельную массу изделия, но Архимед на этом не остановился. В труде “О плавающих телах” он сформулировал закон, который гласит: “Тело, погружённое в жидкость, теряет в своём весе столько, каков вес вытесненной жидкости” . Закон Архимеда является (наряду с другими, позже открытыми фактами) основой гидравлики — науки, изучающей законы движения и равновесия жидкостей. Зависимость давления в жидкости или газе от глубины погружения тела приводит к появлению выталкивающей силы или иначе силы Архимеда, действующей на любое тело, погруженное в жидкость или газ. Таким образом, лодка плавает, а заполненный тёплым воздухом шар поднимается вверх.
Формулировка закона Архимеда:на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу того количества жидкости или газа, которое вытеснено погруженной частью тела.
FA = ржg VТ, рж– плотность жидкости,g – ускорение свободного движения,VТ – объём тела.
Условие плавания тел
На законе Архимеда основана теория плавания тел в жидкостях и газах. Открытие основного закона гидростатики – одно из крупнейших завоеваний античной науки. Этот закон гласит, что на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной этим телом.
На твердое тело, погруженное в жидкость, действуют архимедова сила FA и сила тяжести mg. В зависимости от соотношения сил mg и FA тело может тонуть, плавать и всплывать.
1.а)если mg FA, тело тонет; б)тело тонет, если рт рж;
2.а)если mg = FA, то тело плавает внутри жидкости или на ее поверхности; б)тело плавает на поверхности, если рж = рт;
3.а)если mgA, то тело всплывает до тех пор, пока архимедова сила и сила тяжести не сравняются по модулю, б) тело всплывает, если рт рж.
Практическая часть
Опыт №1.«Три тела из разного вещества» (Приложение I фото1, 2)
Я взял три шарика одинаковой величины. Один стальной, другой из парафина, третий из пробки. Взял баночку, налил в нее воды примерно до половины. Опустил туда все три шарика. Стальной шарик утонул, упал на дно: сталь ведь тяжелее воды. А парафиновый и пробочный плавали на поверхности. Затем в баночку долил растительное масло. Масло легче воды и расположится сверху. Поверхность раздела будет хорошо видна. И на этой поверхности окажется шарик из парафина. Нижняя часть его будет в воде, верхняя — в масле. Пробковый находится на поверхности масла. Три шарика занимают три разных «этажа».
Объяснение: Парафиновый шарик не всплывет на самый верх потому, что парафин хотя и легче воды, но тяжелее масла. А вот пробковый шарик и в масле плавает.
Опыт№2 . «Яйцо в воде» (Приложение I, фото3,4,5)
Выяснить поведение яйца в зависимости от плотности воды, сравнение силы тяжести и выталкивающей силы при различных положениях яйца в жидкости
Цель работы:
Исследовать поведение сырого яйца в жидкостях разной плотности.
Доказать зависимость выталкивающей силы от плотности жидкости.
Ход работы :
1.Взять сырое яйцо и жидкости разной плотности:
чистая вода,
насыщенный, соленый раствор,
2.Определить силу тяжести, действующую на яйцо в воздухе и в жидкостях разной плотности поочередно.
Результаты исследований:
Результирующая сила, действующая на яйцо в воздухе, оказалась больше, чем в жидкости.
Результирующая сила, действующая на яйцо в жидкостях разной плотности, оказалась разной
(чем больше плотность жидкости, тем результирующая сила меньше)
Я взял две литровые стеклянные банки и одну из них наполнил чистой водой. Опустил в нее сырое яйцо. Оно утонуло, пошло ко дну. Во вторую банку налил крепкого раствора поваренной соли. На пол-литра воды достаточно двух столовых ложек соли, чтобы яйцо плавало.Мне удалось получить такой раствор, в котором яйцо не всплывало на поверхность, но и ко дну не пошло. Оно держится посреди раствора, как подвешенное.
Объяснение: В первом случае плотность яйца больше плотности воды и поэтому яйцо утонуло. Во втором случае плотность солёной воды больше плотности яйца, поэтому яйцо плавает на поверхности. В третьем случае плотности почти одинаковы, поэтому яйцо находится внутри жидкости.
Опыт №3: « Опыт с картофелиной»
Вырезать небольшой шарик из мякоти сырой картофелины. Подливайте в воду понемногу насыщенного раствора чистой поваренной соли и слегка перемешивайте. Добейтесь сначала того, чтобы шарик держался в равновесии в середине стакана или пробирки, а затем того, чтобы он всплыл к поверхности воды.
Цель работы:
Исследовать поведение картофеля в жидкостях разной плотности.
Доказать зависимость выталкивающей силы от плотности жидкости.
Ход работы :
1.Взять картофель и жидкости разной плотности.
чистая вода,
насыщенный, соленый раствор,
2.Определить силу тяжести, действующую в жидкостях разной плотности.
Результаты исследования:
Результирующая сила, действующая на картофель в воздухе, оказалась больше, чем в жидкости.
Результирующая сила, действующая на картофель в жидкостях разной плотности, оказалась разной
(чем больше плотность жидкости, тем результирующая сила меньше)
Вывод
На эксперименте показано, что выталкивающая сила зависит от объёма тела и плотности жидкости. Результирующая сила, которая определяет поведение тела в жидкости, зависит от массы, объёма тела и плотности жидкости.
Примечание. Предлагаемый опыт является вариантом известного опыта с куриным яйцом и имеет перед последним опытом ряд преимуществ (не требует наличия свежеснесенного куриного яйца, наличия большого высокого сосуда и большого количества соли).
Опыт №4 Как «утопить» картофель?
Цель работы:
· Исследовать поведение картофеля в жидкостях разного рода.
· Доказать, что значение выталкивающей силы зависит от плотности жидкости.
Ход работы :
1.Взять одну картофелину и жидкости разного рода:
· вода чистая,
· вода, насыщенная солью,
· подсолнечное масло,
2.Определить силу тяжести, действующую на картофелину в воздухе и в жидкостях разного рода поочередно.
Результаты исследований:
· Сила тяжести, действующая на картофель в воздухе оказалась больше, чем в жидкости.
· Сила тяжести, действующая на картофель в жидкостях разного рода оказалась разной (чем больше плотность жидкости, тем сила тяжести меньше)
Название жидкости | Плотность жидкости, кг/м3 | Сила тяжести, действующая на тело в воздухе, Н | Сила тяжести, действующая на тело в жидкости, Н | Значение выталкивающей силы, Н |
Подсолнечное масло | 926 | 0,4 Н | 0,23Н | 0,17Н |
Чистая вода | 1000 | 0,4Н | 0,18Н | 0,22Н |
Соленая вода | 1030 | 0,4Н | 0,10Н | 0,30Н |
Выводы:
· На картофель, опущенный в жидкость, кроме силы тяжести действует выталкивающая сила и поэтому значение силы тяжести, действующей на тело в жидкости становится меньше.
Значение выталкивающей силы, действующей на тело, погруженное в жидкость зависит от рода жидкости, т. е. от ее плотности. (Чтобы утопить картофель, необходимо опустить его в жидкость меньшей плотности)
Общий вывод: 1.тело тонет, если Fтяж. FА или pтpж
2.тело плавает, если Fтяж. = FА или pт=pж
3.тело всплывает, если Fтяж.
Определение силы Архимеда. (Приложение I, фото6,7,8)
Я рассчитывал выталкивающую силу двумя способами: пользуясь расчётной формулой и динамометром.
1 способ.
Определение силы Архимеда, пользуясь расчётной формулой : Fа = g ρжVт
Взял два испытуемых тела: одно правильной форы, другое – неправильной. Объём тела неправильной формы я определил с помощью мерного сосуда. А объём тела правильной формы, пользуясь формулой объёма прямоугольного параллелепипеда. Тела погружал в воду (полное погружение).
Объём картофеля =3 мл =0,000028м3
Объем бруса=0,1 *0,047*0,03=0,000141м3
Тело | Объем тела, м3 | Плотность жидкости, кг/м3 | Сила Архимеда, Н |
1.картофелина | 0.000028 | 1000 | 0,28 |
2. Брусок | 0.000141 | 1000 | 1,41 |
2 способ.
Определение силы Архимеда с помощью динамометра.
Для определения силы Архимеда этим способом я определял вес этих тел в воздухе, затем в жидкости. Найдя разность между весом тела в воздухе и воде, я тем самым нашел силу Архимеда.
| Тело | Жидкость | Вес тела в воздухе, P1 ,Н | Вес тела в воде, P2 ,Н | Сила Архимеда Fa = P1 – P2 |
1 | 1.брусок | Вода | 1,8 | 0,3 | 1,5 |
2 | 2. картофелина | Вода | 0,5 | 0,2 | 0,3 |
Вывод: определение силы Архимеда двумя способами привило практически к одинаковым результатам.
Общий вывод по работе: Итак, мы знаем, и я проверил на опытах,что на всякое тело, погруженное в жидкость, действует, Архимедова сила и сила тяжести. Но одни тела плавают в жидкости, другие тонут, а третьи всплывают на поверхность. Выяснил, почему это происходит. Показал, что силы (FА) зависит от плотности жидкости и объема тела, погруженного в жидкость, и не зависит от плотности и формы тела.
Заключение
Благодаря существованию архимедовой силы плавают суда по рекам, озерам, морям и океанам, летают самолёты. Человек научился использовать полученные знания.
Знания о существовании выталкивающей силы могут помочь человеку и в экстремальных ситуациях. Например, при тушении горящего бензина, керосина, нефти нельзя пользоваться водой. Эти нефтепродукты всегда будут находиться на поверхности воды, так как они легче воды и в кораблестроении и при приготовлении домашней пищи.
Литература:
1.Архимед. Книги онлайн
2.Внеклассная работа по физике. Автор: И. Я Ланина.
3.Интернет-ресурсы
4. Физика 7 класс А.В. Пёрышкин, Издательство «Дрофа» 2018г
Приложение I
Опыт №1.Три тела из разного вещества
фото1 фото 2
Опыт №2. Яйцо в воде
фото 3 фото 4 фото 5
Опыт. Определение силы Архимеда
фото 6 фото7 фото 8
Приложение II
Опыт « Чудо мандарин»
фото 9 фото10
17