Параграф 48 ГДЗ Иванов 7 класс (Физика)

1) если сила тяжести больше архимедовой силы (Fтяж > FА), то тело будет опускаться на дно, тонуть;
2) если сила тяжести равна архимедовой силе (Fтяж = FА), то тело может находиться в равновесии в любом месте жидкости, плавать;
3) если сила тяжести меньше архимедовой силы (Fтяж < FА), то тело будет подниматься из жидкости, всплывать. 2. Опишите опыт, изображённый на рисунке 157. Какой вывод можно сделать по результатам опыта? В отливной сосуд наливают воду до уровня боковой трубки. После этого в сосуд погружают плавающее тело, предварительно взвесив его в воздухе. Опустившись в воду, тело вытесняет объем воды равный объему погруженной части тела. Взвесив эту воду, находят, что ее вес равен весу этого тела в воздухе. Проделав такие же опыты с любыми другими телами, плавающими на поверхности в разных жидкостях – в воде, спирте, в растворе соли, можно убедиться, что если тело плавает в жидкости, то вес вытесненной им жидкости равен весу этого тела в воздухе. 3. От чего зависит глубина погружения тела, плавающего на поверхности жидкости? Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость. 4. Какие особенности строения водных обитателей позволяют им плавать на различной глубине? Средняя плотность живых организмов, населяющих водную среду, мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается архимедовой силой. Благодаря этому водные животные не нуждаются в столь массивных скелетах, как наземные. Плавательный пузырь рыб обладает заметной сжимаемостью, поэтому рыба легко меняет объем своего тела и тем самым среднюю плотность. Поэтому она может в определенных пределах регулировать глубину своего погружения. Обсуди с товарищем 1. Почему плавает тяжёлое судно со стальным корпусом, а гвоздь, упавший в воду, тонет? Потому, что вес воды, вытесненной судном, равен весу судна, а вес воды, вытесненной гвоздем, меньше веса гвоздя, т. к. плотность материала, из которого он сделан, больше плотности воды. 2. На груди и на спине водолаза размещают специальные утяжелители, точно такие же имеются на башмаках. Зачем это делают? Чтобы увеличить силу тяжести и сделать ее больше архимедовой силы, в противном случае, водолаз не погрузится на нужную глубину. 3. Будет ли плавать в ртути стеклянная бутылка, заполненная ртутью? Стеклянная бутылка, наполненная ртутью, плавает в ртути, потому что плотность стекла меньше плотности ртути. ЗАДАНИЕ 1. Для отделения зёрен ржи от ядовитых спор спорыньи смесь высыпают в воду, и зёрна ржи и споры спорыньи в ней тонут. Затем в воду добавляют соль, и споры спорыньи начинают всплывать, а ржаные зёрна остаются на дне. Объясните явление. Плотность рожек спорыньи больше плотности пресной воды, но меньше плотности соленой воды. Поэтому они тонут в пресной и плавают в соленой воде. 2. Во все времена людям были интересны игрушки, основанные на различных физических явлениях. Предлагаем вам создать игрушку, которая известна уже более 350 лет. Называется она * картезианский водолаз* и демонстрирует зависимость плавучести тела от сжатия сосуда, в котором находится. Найдите в сети Интернет описание этого прибора, изучите его историю. Изготовьте игрушку, объясните принцип её действия. Продемонстрируйте с её помощью условия плавания тел. Игрушки с использованием физических процессов можно разделить на группы: 1. Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы и атмосферного давления Если вы не умеете плавать, вам на помощь придут надувные резиновые игрушки. Эти игрушки обладают большой подъемной силой, потому что их вес намного меньше действующей на них со стороны воды выталкивающей силы. 2. Заводные игрушки Для заводных игрушек необходимо знать определение силы упругости и закон сохранения энергии. Сила упругости возникает при деформации тел и направлена в сторону, противоположную деформации. В изолированной системе механическая энергия сохраняется. Происходит преобразование кинетической энергии в потенциальную и наоборот. Внутри этих игрушек - пружина. Сжатая пружина обладает потенциальной энергией, за счет которой тело может совершать работу. Когда мы заводим игрушку, поворачивая ключ, пружина внутри игрушки сжимается, увеличивается ее потенциальная энергия. 3. Инерционные игрушки Инерция - явление сохранения скорости тела. Закон инерции: если на тело не действуют другие тела, то оно движется прямолинейно равномерно или сохраняет состояние покоя. 4. Гироскопические игрушки Гироскоп - твёрдое тело, вращающееся вокруг оси с очень большой частотой. Используется для стабилизации. Это юла или волчок – древнейшая народная игрушка. Такие волчки приводят в движение рукояткой, снабжённой ходовым винтом. Попытки повалить быстро вращающийся волчок не удаются. Под действием толчка волчок лишь отскакивает в сторону и продолжает вращаться вокруг вертикальной оси. 5. Звуковые игрушки Звук - это механическая волна, в которой колебания среды происходят с частотой от 16 до 20000 Герц. Мы все живём в мире звуков. Где бы мы ни находились, нас сопровождают разные звуки. Совсем ещё маленький ребёнок, а уже гремит погремушкой. Это его первая игрушка, и она звуковая. 6. Электрические и магнитные игрушки Это магнитные шашки и шахматы, магнитные буквы и цифры, магнитный конструктор, магнитная рыбалка, магниты на холодильник, магнитная доска электрические автомобили и роботы. В этих игрушках используется свойство магнитов притягивать к себе некоторые железосодержащие материалы. 7. Игрушки, действие которых основано на законах оптики В основе такой игрушки, например, калейдоскопа, лежит принцип отражения света от плоских зеркал, образующих между собой угол. Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести Хорошо известен принцип действия популярной детской игрушки-"неваляшки" - эффект возвращения в одно и то же состояние достигается за счёт смещения центра тяжести. Благодаря этому у неё есть только одно положение устойчивого равновесия (на основании) и только одно положение неустойчивого равновесия (на голове). У каждого предмета есть центр тяжести. Упражнение 30. 1. Рассмотрите этапы опыта, изображённого на рисунке 159. Какова цель опыта? Какие выводы он позволяет сделать? Когда в воду опустили брусок, равновесие нарушилось, поскольку на чашку весов стал действовать и вес бруска (Рбр). Поскольку брусок плавает, то вес вытесненной им воды равен весу бруска. Когда вся вытесненная бруском вода вылилась, снова установилось равновесие. 2. Деревянная доска весом 100 Н плавает на поверхности пруда. Чему равна выталкивающая сила, действующая на доску? Поскольку тело плавает, вес вытесненной им жидкости равен весу тела. Соответственно, большей плотностью обладает та жидкость, плавая в которой тело вытесняет меньший объем. 3. Одно и то же тело плавает в двух разных жидкостях (рис. 160). У какой жидкости плотность больше и почему? Каково соотношение между силой тяжести, действующей на тело, и архимедовой силой в каждом случае? Выталкивающая сила вычисляется по формуле. Так как тело одно и то же, то сила тяжести в обоих случаях одинакова, а так как архимедова сила равняется силе тяжести, то она тоже одинакова в обоих случаях и равняется Но так как объем вытесняемой жидкости меньше во втором случае, то плотность второй жидкости больше. 4. Как в сосуде, содержащем керосин, расположатся три сплошных шарика: пробковый, парафиновый, стальной? Ответ обоснуйте. Сделайте рисунок. Изобразите графически силы, действующие на тела различной плотности, погружённые в жидкость. Рисунок 1. Тело плавает на поверхности воды FA = mg. Рисунок 1. Тело всплывает в воде FA > mg.
Рисунок 1. Тело тонет в воде FA < mg. 5. Почему нельзя тушить горящий бензин, заливая его водой? Бензин не смешивается с водой, при этом легче нее, и поэтому в процессе пожара он всплывает, продолжая при этом гореть. При этом он начнёт растекаться вместе с водой, увеличивая площадь пожара. 6. Плавающий на воде деревянный брусок вытесняет воду объёмом 0,72 м3, а погружённый в воду целиком — 0,9 м3. Определите выталкивающие силы, действующие на брусок в том и другом случае. Объясните, почему эти силы различны. 7*. Определите, какая часть объёма айсберга находится под водой. Решение: ?·V = ?ж ·Vж Vж/V = ?/?ж = 900/1030 = 0,87 = 87% Ответ: 87%

Решение

1. Тело в жидкости:

• тонет, если $$F_{\text{тяж}} > F_A$$;
• плавает, если $$F_{\text{тяж}} = F_A$$;
• всплывает, если $$F_{\text{тяж}} < F_A$$.

2. В опыте с отливным сосудом плавающее тело погружают в воду. Оно вытесняет объём воды, равный объёму погружённой части тела. Если взвесить вытесненную воду, то её вес окажется равным весу тела в воздухе. Значит, для плавающего тела

$$F_A = F_{\text{тяж}}.$$

3. Глубина погружения плавающего тела зависит от соотношения плотностей тела и жидкости: чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость.

4. Водные обитатели имеют приспособления, позволяющие им плавать на разной глубине. У многих организмов средняя плотность близка к плотности воды, поэтому их вес почти уравновешивается архимедовой силой. У рыб есть плавательный пузырь, объём которого они могут изменять, а значит, изменять среднюю плотность тела и глубину погружения.

5. Тяжёлое судно со стальным корпусом плавает, потому что оно вытесняет большой объём воды, и вес вытесненной воды равен весу судна. Гвоздь тонет, так как его вес больше архимедовой силы: объём вытесненной им воды мал.

6. Утяжелители на груди, спине и башмаках водолаза нужны для увеличения силы тяжести и уменьшения плавучести. Тогда

$$F_{\text{тяж}} > F_A,$$

и водолаз может погрузиться на нужную глубину.

7. Стеклянная бутылка, заполненная ртутью, будет плавать в ртути, если средняя плотность системы «бутылка + ртуть» меньше плотности ртути. Плотность стекла меньше плотности ртути, поэтому такая бутылка может плавать.

1. Ржаные зёрна и споры спорыньи тонут в пресной воде, потому что их плотность больше плотности воды. После добавления соли плотность раствора увеличивается. Плотность спорыньи оказывается меньше плотности солёной воды, поэтому споры всплывают, а зёрна ржи остаются на дне.

2. Картезианский водолаз — игрушка, в которой при сжатии сосуда давление передаётся жидкости и воздух внутри водолаза сжимается. Объём водолаза уменьшается, его средняя плотность увеличивается, и он начинает тонуть. При уменьшении давления воздух расширяется, плотность уменьшается, и водолаз всплывает. Так демонстрируются условия плавания тел.

3. Для плавающего тела выполняется условие

$$F_A = F_{\text{тяж}}.$$

Так как

$$F_A = \rho g V,$$

то при одинаковом весе тела в более плотной жидкости нужен меньший вытесненный объём. Значит, в более плотной жидкости тело погружается меньше.

4. Для тел в керосине:

• пробковый шарик будет плавать на поверхности;
• парафиновый шарик тоже будет плавать, но погрузится глубже, чем пробковый;
• стальной шарик утонет.

Для плавающих тел $$F_A = mg$$, для тонущего тела $$F_A < mg$$.

5. Бензин нельзя тушить водой, потому что он не смешивается с водой и имеет меньшую плотность. Бензин всплывает на поверхность воды и продолжает гореть, а площадь пожара может даже увеличиться.

6. Выталкивающая сила определяется формулой

$$F_A = \rho g V.$$

Если брусок плавает, то

$$F_A = \rho g V_{\text{выт}} = 1000 \cdot 10 \cdot 0{,}72 = 7200\ \text{Н}.$$

Если брусок полностью погружён, то

$$F_A = \rho g V = 1000 \cdot 10 \cdot 0{,}9 = 9000\ \text{Н}.$$

Силы различны, потому что при полном погружении брусок вытесняет больший объём воды.

7. Для айсберга:

$$\rho_{\text{л}} V = \rho_{\text{в}} V_{\text{погр}}.$$

Тогда

$$\frac{V_{\text{погр}}}{V} = \frac{\rho_{\text{л}}}{\rho_{\text{в}}} = \frac{900}{1030} \approx 0{,}87.$$

Следовательно, под водой находится около $$87\%$$ объёма айсберга.

Ответ

1) В пресной воде зёрна ржи и спорынья тонут, а в солёной воде споры спорыньи всплывают, потому что плотность раствора увеличивается. 2) Картезианский водолаз работает за счёт изменения давления и плотности. 3) Глубина погружения зависит от отношения плотностей тела и жидкости. 4) Водные обитатели регулируют плавучесть изменением средней плотности тела, у рыб — с помощью плавательного пузыря. 5) Судно плавает из-за большого вытесненного объёма воды, гвоздь тонет. 6) Утяжелители нужны для увеличения силы тяжести. 7) Бутылка с ртутью в ртути может плавать.

Упр. 30: 1) опыт показывает, что для плавающего тела вес вытесненной воды равен весу тела; 2) $$F_A=100\ \text{Н}$$; 3) плотность больше у второй жидкости, в обоих случаях $$F_A=F_{\text{тяж}}$$; 4) пробковый и парафиновый шарики плавают, стальной тонет; 5) бензин водой тушить нельзя; 6) $$F_A=7200\ \text{Н}$$ и $$9000\ \text{Н}$$; 7) под водой находится $$87\%$$ объёма айсберга.