Физика - учебник 7 класс

Плотность соленой воды ρ = 1,1

г

. Сравним плотности ве-

см3

в

щества кубиков и жидкости, в которую погружены кубики.

1) ρпласт * ρв, или ρтела * ρж.

а

3) ρпенопл + ρв, или ρтела + ρж.

т

Если плотность вещества тела меньше плотности жид-

е

кости, тело плавает, лишь частично погрузи шись в жидкость

(кубик из пенопласта лишь частично погруженвв жидкость).

Самостоятельно сравните силы тяжести и силы Архимеда для

всех кубиков.

с

а

я

-

со

а

2. ЗаконАрхиме агласит: «Натело, погруженноевжидкость(газ),

н

действует со ст р ны жи кости (газа) выталкивающая сила, равная

весу жидкости (газа) вдбъеме погруженного тела (или его части)».

3. Одно одное тело в жидкости тонет, если плотность вещества

о

тела больше плотности жидкости, плавает внутри, если плотности

вещества тела и жидкости равны, и плавает, частично погрузив-

р

шись в жидкость, если плотность вещества тела меньше плотности

жидкости.а

Н

Нахо -

глубину?

а

4. На какой из кубиков (см. рис. 212) действует самая малая и самая

т

большая выталкивающая сила? Почему? Сравните FА и Fт.

Пример решения задачи

е

2

. На сколько ув личи ся глубина по-

Площадь льдины S = 5,0 м

Дано:

Решение

S = 5,0 м2

Нальдинувводедей т уют

илатяжестиFт исила

m = 100 кг

Архимеда FА (рис. 213):

в

ρв = 1000

кг

с

3

м

Fт = FА.

h — ?

а

Рис. 213

После

того

как на льдинуяляжет

котик,

сила тяжести, дей-

равновесии (покое). Значит, льдина погрузится в воду больше. Уве-

н

V = gρжS h и равно силе тяжес-

личение силы Архиме а

F = gρж

ти Fт1, действующей т лько на котика: F = Fт1, или gρжS h = gm.

Откуда:

д

h =

m

=

100 кг

= 0,02 м = 2 см.

о

кг

2

р

ρжS

1000 м3 5 м

Ответ:

h = 2 см.

а

Н

е

в

§ 38. Плавание судов. Воздухопла ание

(для дополнительного чтения)

На использовании закона Архимеда о новано плавание судов и

воздухоплавание. Действие со

тороны жидкости выталкиваю-

щей силы и соответствующая конструкцияс

судов обеспечивают

я

огромным судам возможность удержив ться на воде, частично

погрузившись в нее.

а

а

Суда (корабли, яхты), подводные лодки и другие

плавающие

н

средства конструируют т к, чтобы их средняя плотность была мень-

д

ше плотности воды и могла изменяться.

а

о

Что такое средняя плотность тела? На-

пример, плотность пластилина определяется

как ρ =

m ,

где V — объем однородного (без

V

а

полостей и примесей)

куска (рис. 216, а).

Вылепим из этого куска пластилина шар с

б

Н

р

воздушной полостью внутри (рис. 216, б).

Масса шара равна массе куска пластилина.

Средняя плотность шара ρ

=

m

, V * V.

ш

ш

Vш

Несложно понять, что средняя плотность

шара меньше плотности пластилина. Чем

больше объем полости, тем средняя плот-

Рис. 216

ность ρш

будет меньше.

154

Суда имеют много воздушных во-

донепроницаемых резервуаров (отсе-

ков), поэтому их средняя плотность

меньше плотности воды.

а

В целях безопасности плавания

т

судно может погружаться в воду лишь

до определенной глубины, которую

е

называют предельной осадкой суд-

на и отмечают на его борту красной

в

Рис. 217

линией — ватерлинией (от гол.

с

water — вода) (рис. 217).

а

груза, который можно перевозить на данном судне.

а

Эта максимальная масса груза называется грузоподъемностью

судна.

н

Современные морские т керыя, перевозящие нефть, имеют гру-

д

зоподъемность 500 000 т и больше.

Особый

вид

морского

суд а представляет подводная лодка

о

(рис. 218). Она устроена так, что очень быстро можно увеличить

р

ее среднюю пл тн сть ρ и тем самым опустить ко дну или умень-

шить ρ , значит,

п днять

лодку к

а

поверхности

воды. П и равенстве

ρ = ρв

она будет плыть под поверх-

Н

ностью воды. Т к как объем лодки

остается во всех случаях постоян-

ным, а значит, постоянна выталки-

вающая сила, то при маневрах лодки

под водой следует менять массу лод-

ки. Для этих целей в корпусе лод-

ки имеется ряд балластных отсеков

Рис. 218

155

а

т

е

Рис. 219

а

в

я

что они общие для жидкостей и г зов.

д

Первый воздуш ый шара(рис. 220) был изобретен более 200 лет

о

назад во Франции братьями Монгольфье. Внизу шара было отверс-

тиен, под ним висела жаровня, в которой сжи-

галось топливо. Воздух в шаре нагревался,

а

расширялся, и часть его выходила из шара.

Сила тяжести, действующая на шар, уменьша-

р

Н

лась. Выталкивающая сила становилась боль-

ше силы тяжести, и шар поднимался вверх.

А теперь подумаем над следующими воп-

росами. Мог ли шар подниматься на неогра-

ниченную высоту? Каким другим способом

можно сделать шар легче? Если шар напол-

нить легким газом, например гелием, то сред-

Рис. 220

няя плотность шара будет меньше плотности

156

воздуха, а выталкивающая сила будет

больше силы тяжести, и шар будет под-

ниматься.

Разность между силой Архимеда и

силой тяжести оболочки и газа, запол-

няющего шар, определяет

максималь-

т

ный груз, который может

поднимать

е

шар. Эту величину называют подъемной

Рис. 221

силой.

а

У вас может возникнуть вопрос: а почему л тат льные шары не

с

14 раз л гче возду-

заполняют водородом как самым легким газом (

ха)? Водород — горючий газ, он образует оздухом зрывоопасную

а

смесь, и его использование в шарах небезопа но. Воздушные шары,

поднимающиеся на небольшую высоту, н зыв вют я аэростатами,

на

большую высоту (более 11 км) — стр тостатами. Воздуш-

я

ные аппараты, снабженные двигателями и воздушными винтами,

т. е. управляемые, называются дирижабл ми (рис. 221).

а

Летательные аппараты, использующие силу Архимеда, находят практическое

н

слоях атмосферы. Дирижабли имели огромное значение во время войны. Они

о

снабжали труднодоступные районы продовольствием, конвоировали суда в море,

осуществляли поиск п

в ных ло ок и др.

р

(законов Паскаля, Архимеда и др.) по-

Знание зак н в физикид

а

освоить

воздушный и водный океаны. Воздух и

зволило человеку

Главные выводы

а

Контрольные вопросы

1. Что такое ватерлиния?

я

приходится сбрасывать груз-балласта?

н

Пример решения з д чи

диться на плоской льди е толщинойа h = 40 см и площадью поверхнос-

о

H

ти основания S =

2,0 м2. Коэффициент g примите равным 10

.

Дано:

д

Решение

S = 2,0 м2

При максимальной массе человека льди-

h = 40 см = 0,40 м

на полностью погрузится в воду (рис. 222, а, б).

ρл = 900

кг3

Сила Архимеда примет максимальное значение:

Н

м р

Fmax

= gρвV , где V — объем льдины. Он равен:

ρ

в

= 1000

кг

м3

V = Sh = 2,0 м2 0,40 м = 0,80 м3 .

g = 10

H

а

Значение

кг

mmax — ?

силы будет равно:

F

= gρ

V =10

Н

1000

кг

0,80 м3 = 8000 Н.

кг

max

в

м3

158

3. После посадки рыбака в лодку с вертикальны-

ми бортами и площадью дна S = 4,0 м2 лодка погрузи-

лась в воду дополнительно на h = 20 мм. Определите

массу рыбака. Коэффициент g здесь и в последующих

задачах принять равным 10 Н .

кг

4. На рисунке 223 изображен известный каждо-

му водителю прибор для измерения пло ности кисло-

ты в аккумуляторной батарее (ар ом

ар). Где (выше

или ниже указанного) располож ны д л ния, соответ-

ствующие плотности кислоты бол

т

г

?

1,30

е

см3

5. Объемшарика, заполненногогазом, V = 4,00 дм3,

а его вес P = 0,040 Н. Определитев

подъемную силу

шарика.

с

6. Определите выт лкив ющую силу, действую-

щую на шар-зонд объемом V = 8,0 м3, заполненный

а

= 0,80 кг. Какой

Рис. 223

водородом. М сса оболочки шара m

груз может поднять этот шар? Способен ли он подни-

маться на неограниче

я

ую высоту?

7. Сравните

архимедову

и

подъемную

силы, действующие на

а

описанный в пре ы ущей задаче шар и такой же шар, но заполнен-

ный гелием.

н

8. Как из с ст яния неподвижного «зависания» в воде перехо-

д

дит на всплытие п дв дная лодка? Как делает это рыба (без участия

плавников)?

о

9. Док жите, что подводная часть айсберга составляет 90 % его

объемар.

10. Изменится ли глубина погружения лодки после опускания в

а

воду якоря? Рассмотрите случаи, когда: а) якорь лежит на дне;

б) якорь не лежит на дне.

Н11. Почему мыльный пузырь сначала поднимается вверх, но

быстро останавливается и начинает опускаться?