Муниципальное бюджетное учреждение общеобразовательная
организация средняя
общеобразовательная школа №15 рабочего поселка Майский
Советско – Гаванского
муниципального района
Действие
жидкости на погруженное в неё тело.
Исследовательская работа.
Автор: Павленко Екатерина, ученица 7 класса
Руководитель: Филимонова Л.И., учитель физики
п. Майский
2014
год.
Содержание
1.
Введение
2.
Проблема
исследования
3.
Актуальность
темы и практическая значимость исследования
4.
Объект и
предмет исследования
5.
Цели и
задачи
6.
Гипотеза
исследования
7.
Основная
часть исследовательской работы
8.
Описание
места и условий наблюдений и опытов
9.
Методика
исследования, её обоснованность
10.
Основные
результаты эксперимента
11.
Обобщение
и выводы
12.
Заключение
13.
Список
литературы
-2-
«Сначала нужно собрать
факты и только после этого связывать их мыслью»
Аристотель.
Если погрузить в
воду мячик, наполненный воздухом, и отпустить, то мы увидим, как он тут же всплывет.
То же самое произойдетс щепкой, пробкой и многими другими телами. Какая сила заставляет
их всплывать?
Когда тело погружают
в воду, на него со всех сторон начинают действовать силы давленияводы.
В каждой точке тела
эти силы направлены перпендикулярно его поверхности. Если бы все эти силы были
одинаковы, то тело испытывало бы лишь всестороннее сжатие. Но на разных
глубинах гидростатическое давление различно:
оно возрастает с увеличением глубины. Поэтому силы давления, приложенные к
нижним участкам тела, оказываются больше сил давления, действующих на тело
сверху. Преобладающие силы давления действуют в направлении снизу вверх. Это и
заставляет тело всплывать.
Заменим все силы давления, приложенные к погруженному в
воду телу, одной (результирующей или равнодействующей) силой, оказывающей на
тело то же самое действие, что и все эти отдельные силы вместе. Поскольку эта
сила направлена вверх, ее называют выталкивающей
силой. Есть у нее и другое название -архимедова сила, так как исследователем действия жидкости на
погруженное тело был древнегреческий математик и физик Архимед, живший 287 лет
до нашей эры. Именно он определил характеристики, от которых зависит эта сила.
Жидкости на тело давят
Вверх его все поднимают,
При этом силу создают,
Что Архимедовой зовут!
Её считать умеем мы:
Надо знать лишь вес воды,
Что то тело вытесняет -
И закон нам объясняет.
А открыл его великий грек,
Ему имя - Архимед!
Архимедова сила действует
на тело не только в воде, но и внутри любой другой жидкости, так как во всех
жидкостях существует гидростатическое давление, разное на разных глубинах. Существует
море, в котором нельзя утонуть. Это знаменитое Мертвое море Палестины. Воды его
настолько солены, что в них не может жить ни одно живое существо. Утонуть в
такой жидкости нельзя: человеческое тело легче её. Закон Архимеда помогает
поднимать затонувшие суда. Один из больших ледоколов «Садко», по халатности
капитана, затонувший в Белом море в 1916 году, пролежал на морском дне 17 лет,
его затем подняли понтонами, и снова он вступил в строй. Плотность многих
животных и растений, живущих в воде, мало отличаются от плотности воды, поэтому
выталкивающая сила, действующая на водные организмы или равна их силе тяжести,
или лишь немного меньше. Поэтому все приспособления, служащие для противодействия
силе тяжести, у них либо отсутствуют, либо имеют рудиментарный характер.
Например, конечности глубоководных раков очень слабы и имеют непомерную длину.
Стебли подводных растений, несмотря на чрезвычайную гибкость и длину, достигают
иногда 60 м и нередко превышающую поперечные размеры в сотни и тысячи раз, тем
не менее, сохраняют в воде вертикальное положение благодаря силам Архимеда.Увеличение
плавучести способствуют так же крупные воздушные пузыри, заключенные у
некоторых водорослей в концах стеблей и играющие роль поплавка. Более того, эта
сила действует в газах, благодаря чему летают воздушные шары и дирижабли.
Более того, эта
сила действует и в газах, благодаря чему летают воздушные шары и дирижабли.
Удивительно, но тонна дерева тяжелее тонны железа на 2,5 кг из-за действия
закона Архимеда в газах. Сила Архимеда, действующая на 1 тонну дерева больше
силы, действующей на 1 тонну железа в силу разности их
объемов.
Проблема: Будут ли влиять на
величину выталкивающей силы плотность жидкости, вес и форма тел, глубина
погружения их в жидкость. Изменится ли выталкивающая сила от объема
погруженного тела?
Актуальность данного исследования я вижу в
том, что тема «Выталкивающая сила» является практически важной в жизни. А
значит, я могу применять эти знания не только на уроках физики, биологии, нои
использовать в различных профессиях. Знания об архимедовой силе могут
пригодиться мне в повседневной жизни. Так же они помогут подготовиться к
экзамену за курс основной школы. Эта тема мне очень понравилась, и я решила
изучить её более углубленно.
Объект моего исследования – действие жидкости на
погруженное в неё тело, а предмет изучения – значение выталкивающей силы
в зависимости от различных факторов.
Цель работы:
1.
Обнаружить
на опыте выталкивающее действие жидкости на погруженные в неё тела, различной
формы, объема и плотности.
2.
Выяснить
от каких величин зависит значение архимедовой силы, и от каких не зависит
Задачи исследования:
1.
Установить
связь между выталкивающей силой и глубиной погружения тела в жидкость.
2.
Определить
зависимость выталкивающей силы от формы, объема, плотности тели рода жидкости.
3.
Занести
результаты измерений в таблицу
Гипотеза:Я могу предположить, что такиефакторы
как плотность тела, плотность жидкости, объем и форма тел, глубина погружения
тела в жидкость могут изменить (или не изменить) величину выталкивающей силы,
действующей на тело, целиком погруженное в жидкость.
Основная часть
исследовательской работы.
Наблюдения и опыты я проводила в
домашних условиях, используя измерительные приборы кабинета физики.
Зависимость (независимость)
выталкивающей силы от плотности тела проверяла с помощью двух цилиндров
одинакового объема: алюминиевого и стального. С помощью динамометра измеряла их
вес в воздухе, а затем погружала в сосуд с водой. Я убедилась, что вес
цилиндров в жидкости стал меньше. По формуле Ϝ=Ρ-Ρ1 рассчитала значение выталкивающих
сил, действующих на алюминиевый и стальной цилиндры. К удивлению, эти
величины оказались одинаковыми. Следовательно, архимедова сила не зависит от
плотности вещества, из которого изготовлено тело.
Зависимость выталкивающей силы от
плотности жидкости нам демонстрировали на уроке, но я решила проверить на
другой жидкости, взяв для опыта подсолнечное масло «Злато» и воду. Значения сил
отличались на 0,05Н. Действительно, архимедова сила зависит от плотности
жидкости, чем больше плотность жидкости, тем больше архимедова (выталкивающая)
сила. (Плотность «Злато» измерила с помощью ареометра).
Утверждение, что архимедова сила тем
больше, чем больше объем я проверила с помощью двух картофелин разного объема.
На картофелину с большим объемом действовала архимедова сила 0,7Н, что на 0,2Н
больше первой.
Из двух одинаковых кусочков
пластилина сделала шарик и кубик. Поочередно опуская каждую фигурку в воду, с
помощью динамометра определила архимедову силу, действующую на неё. Силы
оказались одинаковыми. Архимедова сила не зависит от формы тела, погруженного в
жидкость.
А может
выталкивающая сила зависит от глубины погружения тела в жидкость? Алюминиевый
цилиндр погрузила на 5см, а затем на 10 см. И здесь силы оказались одинаковыми!
Вывод однозначный: архимедова сила не зависит от глубины погружения тела.
|
Факторы
|
Тела для
исследования
|
Ρ, Н
в воздухе
|
Ρ1, Н
в жидкости
|
ϜА,Н
|
Зависит
|
Не зависит
|
|
Плотность тела
|
Алюминиевый,
стальной
цилиндры
|
0,5
1,6
|
0,3
1,4
|
0,2
0,2
|
|
+
|
|
Род жидкости
|
Вода
масло
|
0.5
|
0.3
0.35
|
0.2
0.15
|
+
|
|
|
Объем тела
|
1 тело
2 тело
|
1
1.5
|
0.5
0.8
|
0.5
0.7
|
+
|
|
|
Форма тела
|
1 тело
2 тело
|
2
2
|
1
1
|
1
1
|
|
+
|
|
Глубина погружения
|
5 см
10 см
|
0.5
|
0.3
0.3
|
0.2
0.2
|
|
+
|
Заключение:
Экспериментальная проверка действия жидкости на
погруженное в жидкость тело доказала существование выталкивающей силы и её
зависимости от плотности жидкости и объема погруженного тела.
Литература:
1.
А.В.Перышкин.
Физика 7 класс. М.: Дрофа, 2011.
2.
Библиотека
«Первого сентября». М.: «Первое сентября», 2002.
3.
Формирование
познавательных интересов учащихся на уроках физики. Просвещение, 1985 год.
Стр.118
