Плавание тел в жидкостях

Введение

• Задачи, которые уже решались: подвешенное тело на динамометре.
• Сегодня будем обсуждать плавание тел в жидкости.
• Закон Архимеда: силы, действующие на погруженное в жидкость тело.

Домашнее задание

• Конспект по учебнику Пёрышкина, параграф 50.
• Задачник Кирико для 7 класса, строки 67-68: задачи 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Основные силы, действующие на тело в жидкости

• Сила тяжести: ( F_{тяж} = m g )
• Для вычисления силы тяжести через объем: ( F_{тяж} = \rho_{тело} V_{тело} g )
• Сила Архимеда: ( F_{Арх} = \rho_{жидкость} V_{погруженная_часть} g )

Ситуации плавания тел

1. Тело тонет

• Сила тяжести больше силы Архимеда.
• Условие: ( \rho_{тело} > \rho_{жидкость} )
• Пример: пластилин тонет в воде (( \rho_{пластилин} = 1250 \ кг/м^3), ( \rho_{вода} = 1000 \ кг/м^3)).

2. Тело плавает в толще воды

• Сила тяжести равна силе Архимеда.
• Условие: ( \rho_{тело} = \rho_{жидкость} )
• Примеры: рыба (плавательный пузырь для регулирования плотности), медузы.

3. Тело всплывает

• Сила Архимеда больше силы тяжести.
• Условие: ( \rho_{тело} < \rho_{жидкость} )
• Процесс всплытия: объем погруженной части тела уменьшается, пока сила Архимеда не станет равной силе тяжести.
• Условие равновесия: ( \frac{V_{погруженной_части}}{V_{тело}} = \frac{\rho_{тело}}{\rho_{жидкость}} )
• Примеры: древесина (( \rho_{сосна} = 400 \ кг/м^3), ( \rho_{вода} = 1000 \ кг/м^3)), пенопласт (( \rho_{пенопласт} = 20 \ кг/м^3)), лед (( \rho_{лед} = 900 \ кг/м^3)).

Примеры и эксперименты

• Деревяшка: 40% под водой, 60% над водой.
• Пенопласт: 2% под водой, 98% над водой.
• Лед (айсберги): 90% под водой, 10% над водой.

Измерение плотности жидкостей

• Использование ареометра.
• Ареометр: поплавок с градуированной шкалой.
• Пример измерения плотности воды и солевого раствора.

Историческое значение примеров

• У айсберга 90% под водой, столкновение с Титаником в 1912 году.

Дополнительные факты

• Изменение плотности тел в разных жидкостях (примеры: керосин, ртуть).
• Человеческое тело и плавание (регулирование плотности дыханием).

Практическое применение

• Использование ареометра для измерения плотности различных жидкостей (спиртометр, лактометр).

Заключение

• Картезианский водолаз — демонстрация принципа действия.
• Эксперимент: эффект изменения силы Архимеда при изменении объема воздуха в пробирке.

[Музыкальный сигнал завершения лекции]