4. Архимедова сила

По этой теме вначале решают качественные и несложные расчетные задачи, в которых требуется найти прежде всего выталкивающую силу, действующую на тело, погруженное в жидкость или газ. Затем задачи несколько усложняют, предлагая учащимся сравнить вес тела с весом вытесненной жидкости или газа, что облегчает решение задач о плавании тел. Первые задачи решают с вопросами, определяя последовательно массу, а затем вес вытесненной жидкости (газа) соответственно по формулам: После того как учащиеся усвоят этот способ определения архимедовой силы, можно дать общую формулу где плотность, объем жидкости, вытесненной телом. При решении задач о плавании тел в жидкости можно ввести понятие о подъемной силе единицы объема жидкости. Это облегчит усвоение данного понятия применительно к газам, где оно обязательно.

130(э). На резиновую нить подвесьте картофелину, опустите в воду и заметьте, на сколько сантиметров укоротилась нить. Проделайте аналогичный опыт, опуская в воду только часть картофелины, а затем картофелину, большую по объему. Как зависит выталкивающая сила от объема погруженного тела?

131 (э). Опуская на резиновой нити картофелину в керосин, чистую и соленую воду, сделайте вывод о зависимости выталкивающей силы от плотности жидкости?

132. Зависит ли выталкивающая сила от вещества погруженного тела и его формы? Проделайте соответствующий опыт.

Задачи 130—132 можно задать учащимся на дом. При решении задачи 132 удобно изготовить тела равного объема из картофеля и пластилина. В классе следует использовать демонстрационный динамометр, а при проведении фронтальных задач-опытов — динамометр Бакушинского.

133(э). Приготовьте крепкий раствор соли и разрежьте картофелину так, чтобы получился плоский срез. Объясните, почему картофелина будет плавать в соленой воде, но останется на дне, если ее плотно приложить к нему плоским срезом.

Ответ. На срез вверх не будет действовать сила давления воды, и картофелина останется на дне.

134. С какой силой будет выталкиваться из воды, керосина и ртути тело объемом

Решение. Задачу решают устно, используя таблицу плотности тел. Архимедова сила равна весу жидкости в объеме погруженного тела. Для определения веса жидкости найдем сначала массу. Так как объем тела равен то масса жидкости численно равна ее плотности. Масса воды а ее вес . Архимедова сила н. Аналогично найдем .

135. Какую силу нужно приложить, чтобы удержать в воде кусок гранита объемом

Решение. Ввиду сложности задач этого типа первые из них следует решать с вопросами.

1. Каков вес куска гранита?

2. Какова величина архимедовой силы?

3. Какая сила нужна для удержания гранита в воде?

136. Удержит ли человека массой при полном погружении в воду сухое сосновое бревно объемом (См. также № 20.)

Решение 1. Масса бревна

Бревно удержит груз . Вес человека .

Следовательно, бревно даже не погрузится целиком в воду, если на нем будет стоять человек.

Решение 2. Вес сосны .

Действующая на архимедова сила .

Подъемная сила, действующая на бревна, равна н. Полная подъемная сила равна

В последующих задачах полезно обратить внимание учащихся на то, что расчеты подъемной силы жидкости (газа) можно упростить: где плотность жидкости (газа), а плотность погруженного тела.

Вначале несколько задач данного типа решают первым способом, а затем, особенно при решении задач о воздухоплавании, переходят ко второму способу.

137. Чему равна грузоподъемность судна, водоизмещение которого в морской воде без груза а при полной нагрузке — Изменится ли грузоподъемность судна в пресной воде?

138. Знаменитый древнегреческий ученый Аристотель взвешивал кожаный мешок без воздуха и с воздухом. Обнаружив одинаковый вес, Аристотель сделал вывод, что воздух невесом. Докажите, что вывод Аристотеля неверен.

139. Ученик, решив повторить опыт Аристотеля, взвесил футбольный мяч сначала без воздуха, а затем с воздухом, накачав его насосом. Во втором случае мяч весил больше. Почему мальчик получил иной результат, чем Аристотель?

140. Рассчитайте, какой груз сможет поднять шар объемом наполненный: водородом; гелием. Какой примерно объем должен иметь шар с водородом, чтобы поднять человека массой (Вес оболочки не учитывать.)

Решение. Архимедова сила равна весу воздуха.

12,9 н. Вес водорода . Подъемная сила н. Аналогично для гелия — Вес человека . Объем шара

141. Во время Великой Отечественной войны для защиты Москвы от вражеских самолетов применяли аэростаты, привязанные на тонких стальных тросах, наткнувшись на которые гибли

стские самолеты. Рассчитайте, какого веса трос мог поднять наполненный водородом аэростат объемом если его оболочка весила 2000 н.

Решение. Подъемная сила водорода составляет Подъемная сила водорода н. Вес троса н.

При анализе решения полезно уточнить, что груз 10 000 н аэростат сможет поднять у поверхности Земли. На большей высоте плотность воздуха и, следовательно, его подъемная сила меньше.