Умови плавання тіл

Мета:  Домогтися засвоєння учнями умов плавання тіл на основі вивченого п­няття про архімедову силу. Розвивати уміння учнів визначати архімедову силу з допомогою динамометра і мірної склянки, зробити висновки по результатам експериментальних завдань. Показати використання умов плавання тіл в техніці, в народному госпо­дарстві. Розвивати творчу активність, творчі здібності учнів.

Обладнання: Лабораторне: посудини з водою, маслом, набір тіл різної густи­ни, дерев'яний і пінопластовий кубики однакових розмірів, картоплина пробі­рка з сіллю, пластилін, динамометр.

Тип уроку: Урок вивчення нового матеріалу, формування практичних умінь.

Хід уроку:

1. Гра дешифратор (4 бали)

Фізичні величини

Назва	Позначення	Одиниці вимірювання	Формула
Час	t	с
Швидкість	υ	м/с
Переміщення		м	S = υ · t
	m	кг	m =ρ · V
Сила тертя	Fтр		Fтр = µ· m · g
Сила тяжіння	Fт	Н
Вага		Н	P = m · g
Архімедова сила	Fа	Н

2. Актуалізація опорних знань. 

(1 бал) На попередніх уроках ми ознайо­милися з дією рідини на тіла, які занурені в неї. Зараз повторимо раніше ви­вчене, це нам знадобиться при вивченні нової теми.

1.   Яка сила виникає при зануренні тіла в рідину?

2.  Як направлена ця сила?

3.  Від чого залежить архімедова сила?

4.  Якщо тіло не повністю занурене в рідину, то як визначається архімедова
сила?

5.  Якими методами можна за допомогою досліду визначити архімедову силу?

а)      можна зважити рідину, яка витіснена тілом, її вага буде рівна архімедовій
силі;

б)     можна знайти різницю показів динамометра при зважуванні тіла в повітрі і в рідині, ця різниця також рівна архімедовій силі;

в)      можна визначити об'єм тіла за допомогою лінійки або мензурки. Знаючи
густину рідини, об'єм тіла можна визначити архімедову силу.

 6.  Як залежить виштовхувальна сила від об'єму тіла?

3. Повідомлення теми, мети та завдань уроку.

Тема: Умови плавання тіл.

Завдання:

Порівняти густину рідини і речовини тіла, яке занурене в рідину, у випадках, коли тіло плаває на поверхні або тоне.

Порівняти архімедову силу і силу тяжіння в випадках, коли тіло плаває на поверхні або тоне.

4. Вивчення нового матеріалу.

Отже, ми знаємо, що на будь-яке тіло, занурене в рідину, діє архімедова сила. Але одні тіла плавають в рідині, інші тонуть, а треті спливають на повер­хню. Чому? Сьогодні ми це з'ясуємо.

Спробуємо всі відомості про умови плавання тіл отримати із досліду. Пі­сля виконання дослідів ми обсудимо отримані результати і з'ясуємо умови плавання тіл. Відкрийте підручники  там, де розміщені таблиці густин різних речовин. На виконання дослідів відводиться 10 хвилин.

(Клас розбиваю на 4 групи відповідно до рівня їх підготовки. Діти отри­мують карточки з завданнями і обладнання для їх виконання (4 групи, 4 бали).

1 група.. З'ясувати  умови плавання тіл.. які тіла плавають на поверхні рідини, які тонуть, які плавають всередині рідини.

Обладнання: посудина з водою,  кубики із дерева,  пінопласту, заліза, алюмінію, пластмаси,  посудина з олією, кусок парафінової свічки.

 2 група. Як ведуть себе тіла, які плавають на поверхні рідини?

Обладнання:   посудина  з   водою,   циліндр  з   дерева,   корок,  посудина з олією.

Що можна сказати про глибину занурення дерев'яного кубика, який плаває на поверхні води, олії?

3 група. Як змусити плавати у рідині тіла густина яких більша за густину води.

а)Заставити плавати у воді картоплину.
Обладнання: посудина з водою, картоплина, сіль.

б)Заставити плавати у воді кусок пластиліну.
Обладнання: посудина з водою, кусок пластиліну.

4 група. Обрахувати силу тяжіння та архімедову силу для тіл які тонуть у воді і які не тонуть, та порівняти їх.

Обладнання: посудина з водою, дерев'яний та залізний брусок.

5. Обговорення результатів.

1. Які тіла плавають в рідині, а які тонуть?

- Якщо густина рідини, менша за густину речовини з якої зроблено тіло,
то тіло тоне. А якщо густина речовини менша густини рідини то тіло
плаває.

ρ_реч    >     ρ_р    –   тіло тоне

ρ_реч     <     ρ_р    –   тіло спливає на поверхню рідини.

ρ_реч      =    ρ_р     –  тіло плаває всередині рідини

2. Як ведуть себе тіла, які плавають на поверхні рідини? (дерево, пінопласт).

- Пінопласт плаває майже на поверхні, а дерево трішки занурилось в воду.

3. Що можна сказати про глибину занурення дерев'яного кубика, який плаває на поверхні води, масла?

- В маслі глибше брусок занурювався, ніж у воді.    ρ_р >  ρ_м

Отже, глибина занурювання тіла в рідині залежить від густини рідини і самого тіла.

4. Чи можливо заставити плавати тіла, які в звичайних умовах тонуть в воді, наприклад картоплину чи пластилін?

-         Картоплина - збільшивши густину води насипавши туди солі.

-         Пластилін - зробивши з пластиліну човник, він має більший об'єм і тому
плаває.

5. Порівнюючи силу тяжіння і архімедову силу як сформулювати умови плавання тіл?

F_т < F_a –  тіло плаває на поверхні рідини

F_т > F_a – тіло тоне

F_т = F_a – тіло плаває всередині рідини

Задача. У ртуть опустили мідну, срібну та золоту кульки. Які з них плаватимуть, а які потонуть?

6.  Практичне застосування.

Значить, умови плавання тіл можна сформулювати двома способами: порівнюючи архімедову силу і силу тяжіння або порівнюючи густини рідини і речовини, які в ній знаходяться. В техніці широко використовуються ці умови, при побудові суден. Раніше робили дерев'яні судна і човни. Густина дерева менша густини води, і судна плавали в воді. Але металеві судна також плава­ють, хоч куски сталі тонуть у воді.

З ними поводяться так, як ми поступили з пластиліном: збільшують об'єм, архімедова сила стає більшою, і вони плавають. В суднобудуванні використовують той факт, що шляхом зміни об'єму можна надати здібність плавати практично будь-якому тілу. Тут також враховується зв'язок умов плавання тіл із зміною густини рідини. При перехо­ді з моря в річку міняється глибина осадки суден.

Глибину, на яку судно занурюється у воду, називають осадкою. Найбі­льшу допустиму осадку позначають на корпусі судна червоною лінією, яка на­зивається ватерлінією. Значення архімедової сили, коли судно занурюється по ватерлінію, називається водотоннажністю. Чисельно водотоннажність дорівнює силі тяжіння, яка діє на судно з вантажем.

F_a = Р_с + Р_вант

ρ_вV_зчg = m_cg + m_вантg скорочуємо на g отримаємо

ρ_вV_зч = m_c + m_вант

Задача.

Та архімедова сила діє не тільки у воді, а й у повітрі. Її існування наочно доводять повітряні кулі. Її наповнюють гарячим повітрям або газом з меншою густиною ніж у повітря (водень, гелій).

Перша публічна демонстрація польоту безпілотної повітряної кулі з оболонкою з грубого льняного полотна, обклеєного папером, відбулася 5 червня 1783 у Франції; апарат досяг висоти близько 1800 м. У другий політ, що відбувся 19 жовтня 1783, аеростат відправився з «екіпажем» – бараном, півнем і качкою. 21 листопада 1783 аеростат з екіпажем з двох чоловік пролетів над Парижем; це був перший в історії політ людини на літальному апараті. Винахідниками повітряних куль є французи брати Монгольф'є. Використовують в атракціонах, наукових експедиціях, для дослідження верхніх шарів атмосфери.

У 1852 році француз Жиффар створив дирижабль — керований аеростат з повітряним рулем та гвинтом. Їх використовували під час Першої та Другої світових воєн., а нині використовують для транспортування нестандартних вантажів, особливо великогабаритних.

7. Розв'язування задач.

8. Відкрийте щоденники і запишіть завдання додому: § 16