УРОКИ ФІЗИКИ У 7 КЛАСІ - 2015 рік

РОЗДІЛ 3. ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА

Урок 23. Умови плавання тіл

Мета: дати учням знання про умови плавання тіл; установити співвідношення між густиною тіла й рідини (або газу), необхідне для забезпечення умови плавання тіл.

Тип уроку: вивчення нового навчального матеріалу.

Унаочнення: демонстрація плавання тіл у різних умовах.

Обладнання: дерев'яні бруски з різних пород дерева, картоплина, посудини з водою та розчином солі.

Очікувані результати

Після уроку учні:

· будуть знати умови плавання тіл;

· навчаться застосовувати співвідношення між густиною тіла й рідини (або газу), необхідне для забезпечення умови плавання тіл.

ХІД УРОКУ

I. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ МОМЕНТ

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ

1. Сформулюйте закон Архімеда для тіла, зануреного в рідину.

2. Від яких величин залежить архімедова сила? Від яких величин вона не залежить?

3. Чи однакова архімедова сила діє на те саме тіло, занурене у воду, на Землі й на Місяці?

III. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Плавання однорідних тіл

Подивіться на айсберг, що плаває в океані. Однак чи знаєте ви, що ми бачимо лише 1/10 частина всього айсберга, а 9/10 — сховані водою? Але якщо у воді буде плавати колода, то вона буде занурена приблизно до половини — гляньте на рисунок. Чому ж вода приховує від нас тільки половину колоди, а айсберг — майже цілком? Спробуймо з’ясувати.

Оскільки на будь-яке тіло, що перебуває в рідині, діють дві сили: Fт — сила тяжіння, спрямована вертикально вниз, і FA — виштовхувальна сила, спрямована вертикально угору, то поводження тіла в рідині буде залежати від співвідношення цих сил. Якщо ці сили рівні, тобто Fт = FА, то тіло перебуватиме в рівновазі всередені рідини — тіло плаває.

Якщо сила ваги більше виштовхувальної сили, тобто Fт > FА то тіло тоне. Якщо сила ваги менше виштовхувальної сили, тобто Fт < Fa, то тіло спливає.

Для суцільного однорідного тіла (зробленого з однієї речовини або матеріалу), де V — об’єм тіла, ρ — його густина, тому Fт = ρgV. Виштовхувальна ж сила, якщо тіло занурене в рідину повністю, дорівнює Fa = ρрgV, де ρр — густина рідини.

Порівняйте тепер вирази для сили ваги Fт й виштовхувальної сили Fa — ви побачите, що вони відрізняються тільки тим, що в перший з них входить ρ — густина тіла, а в другий ρр — густина рідини. Звідси одержуємо умови плавання:

• якщо ρ > ρр, то тіло тоне,

• якщо ρ < ρр, то тіло спливає,

• якщо ρ = ρр, то тіло перебуває в рівновазі.

2. Плавання суцільних тіл на поверхні води

А тепер відповімо на запитання: чому соснова колода плаває, поринувши приблизно наполовину, а айсберг плаває, занурившись у воду майже повністю?

Знайдемо, яка частина об’єму плаваючого тіла занурена у воду. Позначмо об’єм усього тіла V, а об’єм зануреної у воду частини тіла V1. Умова плавання тіла: Fт = Fa або ρgV = ρрgV1. Звідси випливає, що ρV = ρрV1. Це співвідношення й дає відповідь на поставлені вище питання.

Наприклад, плаває на поверхні соснова колода. Тоді, , тобто соснова колода плаває, поринувши у воду на 0,4 свого об’єму. А от якщо у воді плаває крижина, то , тому тільки одна десята всього об’єму айсберга височіє над поверхнею води, а дев’ять десятих його об’єму ховаються під водою. Тому айсберги дуже небезпечні для судів.

3. Плавання судів

Пластинка з жерсті або фольги тоне у воді. Але якщо додати фользі форму коробки (або кораблика), то коробка буде плавати. Це явище покладено в основу будови сучасних судів, для виготовлення яких використовують різні матеріали. Корпус корабля звичайно роблять зі сталевих листів, усі внутрішні кріплення, що надають судам міцність, також виготовляють із металів.

На спорудження судів ідуть десятки інших матеріалів, що мають, порівняно з водою, як більшу, так і меншу густину. Але за рахунок того, що об’єм судна досить великий, його середня густина менша від густини води. Завдяки цьому й виникає більша виштовхувальна сила.

Найбільшу глибину, на яку може поринути судно під час повного завантаження (його осадка), відзначають на корпусі судна особливою лінією, що дістала назву ватерлінії.

За висотою ватерлінії над поверхнею води завжди можна визначити, завантажене судно чи йде порожняком.

Масу води, що витісняє повністю завантажений корабель, називають водотоннажністю судна.

Водотоннажність судна збігається з його власною масою (разом з вантажем) і зазвичай виражається в тоннах. Наприклад, водотоннажність танкера-гіганта становить більше 640 тис. тонн.

Водотоннажність океанського пасажирського лайнера — десятки тисяч тонн, а невеликої яхти — кілька тонн.

Вантажопідйомність судна дорівнює різниці між водотоннажністю судна й масою цього судна без вантажу. Вантажопідйомність показує вага вантажу, перевезеного судном.

4. Повітроплавання

Як відомо, на тіло, що перебуває в газі, діє виштовхувальна сила, що дорівнює вазі газу в об’ємі тіла.

Існування цієї виштовхувальної сили наочно доводять повітряні кулі. Саме вона й тримає ці кулі в повітрі, урівноважуючи силу тяжіння.

Кулі, наповнені нагрітим повітрям, зручні тим, що температуру повітря в них, а отже, і виштовхувальну силу, можна регулювати за допомогою газового пальника, розташованого під отвором, що розташований у нижній частині кулі. Можна підібрати таку температуру, за якої вага кулі й кабіни дорівнюватиме виштовхувальній силі, тоді куля повисає в повітрі, і з нею легко проводити спостереження.

Повітряна куля може піднімати деякий вантаж: кабіну, людей і прилади.

Різниця між вагою 1 м3 повітря й вагою такого ж об’єму газу називають піднімальною силою.

Для зручності обчислюють піднімальну силу, що відноситься до об’єму 1 м3.

Наприклад, водень об’ємом 1 м3 важить за нормального тиску 0,9 Н, повітря такого ж об’єму важить 13 Н. Отже, піднімальна сила 1 м3 водню дорівнює 12,1 Н. Піднімальна сила 1 м3 гелію дорівнює 11,2 Н (13 Н - 1,8 Н). Піднімальна сила водню більша від піднімальної сили гелію, але для наповнення повітряних куль зручніший гелій, тому що він не горить і тому безпечніший.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

• Як визначають, чи буде суцільне тіло, повністю занурене у воду, тонути або спливати? Наведіть приклади, що ілюструють вашу відповідь.

• На чому ґрунтується плавання судів?

• Які гази використовують для наповнення оболонки аеростата?

• Чому висота польоту повітряної кулі обмежена?

• Водотоннажність морського судна дорівнює 100 тис. тонн. Що це значить?

IIІ. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Розв'язати задачі

1. Повітряна куля об’ємом 200 м3 наповнена воднем. Маса оболонки кулі 10 кг. Який вантаж може підняти цю кулю?

2. Тіло масою 0,5 кг за повного занурення витісняє 600 см3 рідини. Чи буде воно плавати у воді? У гасі?

3. На скільки збільшується осадка річкового теплохода, що прийняв вантаж 400 т, якщо площа перерізу корпусу теплохода на рівні води дорівнює 1600 м2?

Відповісти на запитання

1. Чи буде мідна кулька плавати у ртуті?

2. Чому тоне корабель, що одержав пробоїну?

3. Як зміниться осадка корабля, переходячи з ріки в море?

4. У ртуть опустили мідну, срібну й золоту кульки. Які з них будуть плавати, а які — потонуть?

V. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Опрацювати відповідний параграф підручника, виконати задачі та вправи до параграфа.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.