Чтобы выяснить какой груз может поднять воздушный шар надо определить

Помогите пж б)Чтобы выяснить, какой груз может поднять воздушный шар, надо определить ___.в) Разно

в)Круглые шары бывают двух видов: с рисунком или печатью и одноцветные.

Панч-боллы – большие круглые воздушные шары,

Фигурные шарики – в основном это шары в виде различных зверей или героев мультфильмов.

Шары для моделирования (ШДМ) – это длинные шары различных цветов и диаметра.

Объяснение:Чем меньше плотность газа, заполняющего воздушный шар данного объёма, тем меньше действующая на него сила тяжести, и поэтому тем больше подъёмная сила.

б) Чтобы выяснить, какой груз может поднять воздушный шар, надо определить объем газа в шаре. Воздушные шары поднимаются благодаря принципу Архимеда, который гласит, что всплывающая сила на тело в жидкости или газе равна весу выталкиваемой им жидкости или газа. Таким образом, чтобы поднять определенный груз, воздушный шар должен иметь достаточно большой объем газа, чтобы его поднять.

Чтобы выяснить какой груз может поднять воздушный шар надо определить

Чтобы выяснить какой груз может поднять воздушный шар надо определить

ДАЮ 100 БАЛЛОВ
нужен краткий конспект:
С давних времён люди мечтали о возможности летать над облаками, плавать в воздушном океане, как они плавали по морю. Для воздухоплавания вначале использовали воздушные шары (рис. 161, а), которые раньше наполняли нагретым воздухом, сейчас — водородом или гелием.

Для того чтобы шар поднялся в воздух, необходимо, чтобы архимедова сила (выталкивающая) FA, действующая на шар, была больше силы тяжести Fтяж, т. е. FA > Fтяж.

По мере поднятия шара вверх архимедова сила, действующая на него, уменьшается (FA = gρV), так как плотность верхних слоёв атмосферы меньше, чем у поверхности Земли. Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают специально взятый для этой цели груз (балласт) и этим облегчают шар. В конце концов шар достигает своей предельной высоты подъёма. Для спуска шара из его оболочки при помощи специального клапана выпускают часть газа.

Воздухоплавание: а — стратостат; б — дирижабль; в — воздушные шары
В горизонтальном направлении воздушный шар перемещается только под действием ветра, поэтому он называется аэростатом (от греч. аэр — воздух, стато — стоящий). Для исследования верхних слоёв атмосферы, стратосферы раньше применялись огромные воздушные шары — стратостаты.

До того как научились строить большие самолёты, для перевозки по воздуху пассажиров и грузов применяли управляемые аэростаты — дирижабли (значит «управляемый») (рис. 161, б). Они имеют удлинённую форму, под корпусом подвешивается гондола для пассажиров и гондола с двигателем, который приводит в движение пропеллер.

Воздушный шар не только сам поднимается вверх, но может поднять и некоторый груз: кабину, людей, приборы. Поэтому, для того чтобы узнать, какой груз может поднять воздушный шар, необходимо определить его подъёмную силу.

Пусть, например, в воздух запущен шар объёмом 40 м3, наполненный гелием. Масса гелия, заполняющая оболочку шара, будет равна mr = ρ rV = 0,1890 кг/м3 • 40 м3 = 7,2 кг, а его вес равен Рr = gmr; Рr = 9,8 H/кг • 7,2 кг = 71 Н.

Выталкивающая же сила (архимедова), действующая на этот шар в воздухе, равна весу воздуха объёмом 40 м3, т. е. FA = gρвоздV; FA = 9,8 H/кг • 1,3 кг/м3 • 40 м3 = 520 Н.

Значит, этот шар может поднять груз весом 520 Н — 71 Н = 449 Н. Это и есть его подъёмная сила.

Шар такого же объёма, но наполненный водородом, может поднять груз весом 479 Н. Значит, подъёмная сила его больше, чем шара, наполненного гелием. Но всё же чаще используют гелий, так как он не горит и поэтому безопаснее. Водород же горючий газ.

Гораздо проще осуществить подъём и спуск шара, наполненного горячим воздухом. Для этого под отверстием, находящимся в нижней части шара, располагают горелку. При помощи газовой горелки можно регулировать температуру воздуха, а значит, его плотность и выталкивающую силу. Чтобы шар поднялся выше, достаточно сильнее нагреть воздух в нём, увеличив пламя горелки. При уменьшении пламени горелки температура воздуха в шаре уменьшается, и шар опускается вниз.

Можно подобрать такую температуру шара, при которой вес шара и кабины будет равен выталкивающей силе. Тогда шар повиснет в воздухе и с него будет легко проводить наблюдения.

По мере развития науки происходили и существенные изменения в воздухоплавательной технике. Появилась возможность для создания новых оболочек для аэростатов, которые стали прочными, морозоустойчивыми и лёгкими.

Достижения в области радиотехники, электроники, автоматики позволили создать беспилотные аэростаты. Эти аэростаты используются для изучения воздушных течений, для географических и медико-биологических исследований в нижних слоях атмосферы.

7 класс

Глава 3. Давление твёрдых тел. жидкостей и газов
§ 54. Воздухоплавание

С давних времён люди мечтали о возможности летать над облаками, плавать в воздушном океане, как они плавали по морю. Для воздухоплавания вначале использовали воздушные шары (рис. 161, а), которые раньше наполняли нагретым воздухом, сейчас — водородом или гелием.

Для того чтобы шар поднялся в воздух, необходимо, чтобы архимедова сила (выталкивающая) F_A, действующая на шар, была больше силы тяжести F_тяж, т. е. F_A > F_тяж.

По мере поднятия шара вверх архимедова сила, действующая на него, уменьшается (F_A = gρV), так как плотность верхних слоёв атмосферы меньше, чем у поверхности Земли. Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают специально взятый для этой цели груз (балласт) и этим облегчают шар. В конце концов шар достигает своей предельной высоты подъёма. Для спуска шара из его оболочки при помощи специального клапана выпускают часть газа.

В горизонтальном направлении воздушный шар перемещается только под действием ветра, поэтому он называется аэростатом (от греч. аэр — воздух, стато — стоящий). Для исследования верхних слоёв атмосферы, стратосферы раньше применялись огромные воздушные шары — стратостаты.

До того как научились строить большие самолёты, для перевозки по воздуху пассажиров и грузов применяли управляемые аэростаты — дирижабли (значит «управляемый») (рис. 161, б). Они имеют удлинённую форму, под корпусом подвешивается гондола для пассажиров и гондола с двигателем, который приводит в движение пропеллер.

Воздушный шар не только сам поднимается вверх, но может поднять и некоторый груз: кабину, людей, приборы. Поэтому, для того чтобы узнать, какой груз может поднять воздушный шар, необходимо определить его подъёмную силу.

Пусть, например, в воздух запущен шар объёмом 40 м 3 , наполненный гелием. Масса гелия, заполняющая оболочку шара, будет равна m_г = ρ_гV = 0,1890 кг/м 3 • 40 м 3 = 7,2 кг, а его вес равен P_г = gm_г;
P_г = 9,8 Н/кг • 7,2 кг = 71 Н.

Выталкивающая же сила (архимедова), действующая на этот шар в воздухе, равна весу воздуха объёмом 40 м 3 , т. е. F_A = gρ_воздV;

F_A = 9,8 Н/кг • 1,3 кг/м 3 • 40 м 3 = 520 Н.

Значит, этот шар может поднять груз весом 520 H — 71 H = 449 Н. Это и есть его подъёмная сила.

Шар такого же объёма, но наполненный водородом, может поднять груз весом 479 Н. Значит, подъёмная сила его больше, чем шара, наполненного гелием. Ho всё же чаще используют гелий, так как он не горит и поэтому безопаснее. Водород же горючий газ.

Гораздо проще осуществить подъём и спуск шара, наполненного горячим воздухом. Для этого под отверстием, находящимся в нижней части шара, располагают горелку. При помощи газовой горелки можно регулировать температуру воздуха, а значит, его плотность и выталкивающую силу. Чтобы шар поднялся выше, достаточно сильнее нагреть воздух в нём, увеличив пламя горелки. При уменьшении пламени горелки температура воздуха в шаре уменьшается, и шар опускается вниз.

Можно подобрать такую температуру шара, при которой вес шара и кабины будет равен выталкивающей силе. Тогда шар повиснет в воздухе и с него будет легко проводить наблюдения.

По мере развития науки происходили и существенные изменения в воздухоплавательной технике. Появилась возможность для создания новых оболочек для аэростатов, которые стали прочными, морозоустойчивыми и лёгкими.

Достижения в области радиотехники, электроники, автоматики позволили создать беспилотные аэростаты. Эти аэростаты используются для изучения воздушных течений, для географических и медико-биологических исследований в нижних слоях атмосферы.

Вопросы:

1. Почему воздушные шары наполняют водородом или гелием?

2. Как рассчитать подъёмную силу шара, наполненного гелием?

3. Почему уменьшается выталкивающая сила, действующая на шар, по мере его подъёма?

4. Как регулируют высоту подъёма воздушного шара, наполненного горячим воздухом?

Упражнения:

Упражнение № 2

1. На весах уравновешена бутылка, внутри которой находится сжатый воздух. Через пробку бутылки пропущена стеклянная трубка с краном, к наружному концу которой привязана оболочка резинового шара (рис. 162, а). Если часть воздуха из бутылки перейдёт в оболочку и раздует её (рис. 162, б), то равновесие весов нарушится. Объясните наблюдаемое явление.

2. На весах уравновесили лёгкий стеклянный шарик. Затем весы поместили под колокол воздушного насоса и откачали воздух. Равновесие весов нарушилось (рис. 163). Почему?

3. Один шарик надут воздухом, другой — водородом, третий — углекислым газом. Какие шарики не взлетят? Объясните почему.

Плавание тел | Конспект

Равновесие в жидкости изучает раздел гидростатика. Тело плавает в жидкости при условии F_тяж. = F_А.

а) Если сила тяжести (F_тяж.) больше архимедовой силы (F_A), то тело будет опускаться на дно, тонуть, то есть если F_тяж. > F_А, то тело тонет.

б) Если сила тяжести F_тяж. = F_А, то тело может находиться в равновесии в любом месте жидкости, то есть если F_тяж. = F_А, то тело плавает.

в) Если сила тяжести (F_тяж.) меньше архимедовой силы (F_A), то тело будет подниматься из жидкости, всплывать, то есть если F_тяж. < F_А, то тело всплывает.

1.2. Если тело плавает в жидкости, то вес вытесненной им жидкости равен весу этого тела в воздухе.

Если плотность сплошного твёрдого тела больше плотности жидкости, то тело в такой жидкости тонет. Тело с меньшей плотностью всплывает в этой жидкости.

1.3. Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость.

При равных плотностях тела и жидкости тело плавает внутри жидкости на любой глубине.

2. Плавание судов

Линия, до которой погружаются суда, называется ватерлинией.

Вес вытесняемой судном воды при погружении до ватерлинии называется его водоизмещением.

Вес воды, вытесняемой подводной частью судна, равен весу судна с грузом в воздухе или силе тяжести, действующей на судно с грузом.

Осадка – глубина, на которую погружается судно.

В России судостроение зародилось на рубеже XVII – XVIII веков.

3. Воздухоплавание (аэронавтика)

Для воздухоплавания вначале использовали воздушные шары, которые раньше наполняли нагретым воздухом, сейчас – водородом или гелием. Для того, чтобы шар поднялся в воздух, необходимо, чтобы F_A > F_тяж.

По мере поднятия шара вверх сила F_A, действующая на него, уменьшается (F_A = g \(\rho\) V), так как плотность верхних слоёв атмосферы меньше, чем у поверхности Земли.

Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают специально взятый для этой цели груз (балласт), и этим облегчают шар. Для спуска шара из его оболочки при помощи специального клапана выпускают часть газа.

В горизонтальном направлении воздушный шар перемещается только под действием ветра, поэтому он называется аэростатом.

Для исследования верхних слоёв атмосферы – стратосферы – ещё не так давно применялись огромные воздушные шары – стратостаты.

Воздушный шар не только сам поднимается вверх, но может поднять и некоторый груз: кабину, приборы. Поэтому, для того чтобы узнать, какой груз может поднять воздушный шар, необходимо определить его подъёмную силу.

Допустим, например, в воздух запущен шар объёмом 40 м 3 , наполненный гелием. Масса гелия, заполняющая оболочку шара, будет равна: m_г = \(\rho_ \) V = 0,1890 \(\frac >\) • 40 м 3 = 7,2 кг, а его вес равен P_г = gm_г ; P_г = 9,8 \(\frac \) • 7,2 кг = 71 Н.

Выталкивающая же сила (архимедова), действующая на этот шар в воздухе, равна весу воздуха объёмом 40 м 3 , то есть F_A = g \(\rho\) _воздV; F_А = 9,8 \(\frac \) • 1,3 \(\frac >\) • 40 м 3 = 520 Н.

Значит, этот шар может поднять груз весом 520 Н – 71 Н = 449 Н. Это и есть его подъёмная сила.

Воздухоплавание

На все тела в воздухе (как и в жидкости) действует выталкивающая (архимедова) сила. Чтобы убедиться в этом, проделаем следующий опыт. Уравновесим на весах сосуд, наполненный сжатым воздухом и закрытый пробкой, через которую пропущена стеклянная трубка, соединенная с пустой оболочкой резинового шарика (рис. 138, а ). Если открыть кран на трубке, то сжатый воздух наполнит шарик и он увеличится в объеме. Как только это произойдет, мы увидим, что равновесие весов нарушится (рис. 138, б ). Произойдет это потому, что на шарик начнет действовать дополнительная выталкивающая сила и его вес уменьшится.
Чтобы найти архимедову (выталкивающую) силу, действующую на тело в воздухе, надо плотность воздуха ρ_возд умножить на ускорение свободного падения g = 9,8 Н/кг и на объем V тела, находящегося в воздухе:

Если эта сила окажется больше силы тяжести, действующей на тело, то тело взлетит. На этом основано воздухоплавание.

Летательные аппараты, применяемые в воздухоплавании, называют аэростатами. Различают управляемые, неуправляемые и привязные аэростаты. Неуправляемые аэростаты свободного полета с оболочкой, имеющей форму шара, называют воздушными шарами. Управляемые аэростаты (имеющие двигатель и воздушные винты) называют дирижаблями. Привязные аэростаты соединяют с землей тросом, не позволяющим аппарату совершать горизонтальные перелеты.

Чтобы аэростат поднимался вверх, его нужно наполнить газом, плотность которого меньше, чем у воздуха. Это может быть, например, водород, гелий или нагретый воздух.

Первая попытка подъема в воздух на большом шаре, наполненном дымом, была предпринята в 1731 г. русским подьячим Крякутным в Казани. За этот полет церковники изгнали Крякутного из родного города, и о его шаре вскоре забыли.

Во Франции первый воздушный шар (монгольфьер), который с успехом стали применять в целях воздухоплавания, был построен лишь 52 года спустя братьями Ж. и Э. Монгольфье. Для наполнения шара они использовали горячий воздух. Убедившись, что шар может летать, братья Монгольфье посадили в корзину воздушного шара овцу, петуха и утку. Эти животные и стали первыми воздухоплавателями. Осенью 1783 г. на этом же шаре отправились в свой первый (25-минутный) полет люди — Пилат де Розье и д’Арланд.

Для того чтобы определить, какой груз способен поднять воздушный шар, следует знать его подъемную силу. Подъемная сила воздушного шара равна разности между архимедовой силой и действующей на шар силой тяжести:

Чем меньше плотность газа, заполняющего воздушный шар данного объема, тем меньше действующая на него сила тяжести и потому тем больше возникающая подъемная сила.

При нагревании воздуха от 0 °С до 100 °С его плотность уменьшается всего лишь в 1,37 раза. Поэтому подъемная сила шаров, наполненных теплым воздухом, оказывается небольшой. Заметив это, французский ученый Ж. Шарль предложил наполнять воздушный шар водородом — газом, плотность которого в 14 раз меньше плотности воздуха. Благодаря такой плотности подъемная сила водорода более чем втрое превышает подъемную силу нагретого воздуха того же объема.

Первый полет на воздушном шаре, наполненном водородом (рис. 139), состоялся в первый день зимы 1783 г. Диаметр шара составлял 8,5 м. Проведя в полете 2,5 ч, воздухоплаватели провели замеры давления и температуры воздуха на высоте 3400 м. Подобные измерения впоследствии стали играть важную роль в метеорологии. В России первые полеты на воздушном шаре были осуществлены в 1803 г. (сначала в Петербурге, затем в Москве).

Вначале полеты на воздушных шарах имели, как правило, развлекательный характер. Но затем аэростаты все больше и больше стали применять с научными (изучение атмосферы, метеорологические исследования) и военными (разведка, бомбардировка) целями, а также в качестве транспортного средства. В 1929 г. немецкий дирижабль «Граф Цепеллин» совершил с тремя промежуточными посадками кругосветный перелет протяженностью 35 тыс. км за 21 день. Средняя скорость полета при этом составила 177 км/ч.

В годы Великой Отечественной войны аэростаты («аэростаты заграждения») сыграли большую роль в противовоздушной обороне Москвы и Ленинграда.

Наполняя аэростат водородом, следует помнить, что этот газ обладает одним большим недостатком — он горит и вместе с воздухом образует взрывчатую смесь. Поэтому при полетах на воздушных шарах, наполненных водородом, следует соблюдать особую осторожность, иначе такой полет может закончиться трагедией. Одна из таких трагедий произошла в 1937 г., когда во время приземления взорвался немецкий дирижабль «Гинденбург», унеся с собой 36 человеческих жизней.

Негорючим и в то же время легким газом является гелий. Поэтому многие аэростаты в наше время наполняют гелием.

Плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты. Поэтому по мере поднятия аэростата вверх действующая на него архимедова сила становится меньше. После того как архимедова сила достигает значения, равного силе тяжести, подъем аэростата прекращается. Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают специально взятый для этого балласт (например, высыпают песок из мешков). При этом сила тяжести уменьшается, и выталкивающая сила вновь оказывается преобладающей.

Для того чтобы опуститься на землю, выталкивающую силу, наоборот, следует уменьшить. Это достигается путем уменьшения объема шара. В верхней части шара имеется специальный клапан. При открывании этого клапана часть газа из шара выходит, и шар начинает опускаться вниз.

Воздушные шары, предназначенные для полетов в стратосферу (т. е. на высоту более 11 000 м), называют стратостатами. Подъемная сила стратостатов должна быть достаточно велика. Поэтому их наполняют водородом, у которого она максимальна.

Теплый воздух также не утратил своего значения. Он удобен тем, что его температуру (а вместе с ней его плотность и, следовательно, подъемную силу) можно регулировать с помощью газовой горелки, расположенной под отверстием, находящимся в нижней части шара. Увеличивая пламя горелки, можно заставить шар подниматься выше. При уменьшении пламени горелки шар опускается вниз. Можно подобрать такую температуру, при которой сила тяжести, действующая на шар вместе с кабиной, оказывается равной выталкивающей силе. Тогда шар повисает в воздухе, и с него легко проводить наблюдения.

В наше время ученые и конструкторы планируют использование аэростатов не только на Земле, но и на других планетах. Так, например, в 1985 г. советские автоматические межпланетные станции «Вега-1» и «Вега-2» доставили аэростаты на Венеру. Перемещаясь в ее атмосфере, эти аппараты передали на Землю ценную информацию о физических условиях на этой планете.

1. Что такое аэростаты? 2. Чем отличаются воздушные шары от дирижаблей? 3. Почему воздушные шары иначе называют монгольфьерами? 4. Какими газами наполняют аэростаты? Почему именно ими? 5. Какие летательные аппараты называют стратостатами? 6. Как определяется подъемная сила воздушного шара? 7. Как регулируют высоту подъема воздушного шара, наполненного теплым воздухом? 8. Шарик, наполненный гелием, был случайно отпущен ребенком. До каких пор этот шарик будет подниматься вверх?

Чтобы выяснить какой груз может поднять воздушный шар надо определить

Внеурочное занятие «Подъемная сила воздушного шарика»

Достижение этих целей обеспечивается решением следующих задач:

• знакомство обучающихся с методами исследования объектов и явлений природы;
• приобретение обучающимися знаний о механических, тепловых и магнитных явлениях;
• формирование у обучающихся умения наблюдать и описывать явления окружающего мира, обнаруживать закономерности в наблюдаемых явлениях.

Планируемые познавательные результаты (познавательные универсальные учебные действия):

• феноменологические знания о природе важнейших физических явлений окружающего мира и качественное объяснение причины их возникновения;
• умение пользоваться методами научного познания, проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперименты, представлять обнаруженные закономерности в словесной форме или в виде таблиц;
• формирование убеждения в высокой ценности науки в развитии материальной и духовной культуры людей;

Планируемые предметные результаты (предметные универсальные учебные действия)::

• овладение экспериментальными методами исследования свойства газов и твердых тел;
• умение применять знания по физике для определения грузоподъемности воздушного шара;

Планируемые метапредметные результаты (метапредметные универсальные учебные действия):

• формирование умений воспринимать, перерабатывать и предъявлять информацию в словесной форме, при помощи таблиц ;
• приобретение опыта самостоятельно поиска и анализа информации;
• умение использовать полученные знания, умения и навыки в повседневной жизни.

Планируемые личностные результаты (личностные универсальные учебные действия):

• сформированность познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учащихся;
• убежденность в возможности познания природы, в необходимости разумного использования достижений науки;
• самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;
• приобретение положительного эмоционального отношения к окружающей природе и самому себе как части природы;
• приобретение умений выдвигать гипотезы, конструировать высказывания естественнонаучного характера;
• способность к самооценке на основе критерия успешности занятий.

Планируемые регулятивные результаты (регулятивные универсальные учебные действия):

• прогнозирование результата и его характеристик;
• овладение приемами действий в нестандартных ситуациях;

Планируемые коммуникативные результаты (коммуникативные универсальные учебные действия):

• формирование умений работать в группе, предъявлять и отстаивать свои взгляды и убеждения, вести дискуссию.
• формирование ценностных отношений к друг другу, к результатам обучения каждого;
• сотрудничество в поиске и сборе информации.

Основные этапы занятия:

1. Мотивация исследовательской деятельности.

2. Формулирование проблемы и темы занятия.

3. Выдвижение гипотезы.

4. Сбор, систематизация и анализ фактического материала.

5. Проверка гипотезы.

Ход занятия

Жеребъевка на группы по цвету воздушного шара (дети входя в класс выбирают кружки, вырезанные из бумаги, разного цвета).

Добрый день, уважаемые гости и ребята! Если день начинать с улыбки, то можно надеяться, что он пройдет удачно. Давайте сегодняшнее занятие проведем с улыбкой. Главная задача — быть внимательными, активными, находчивыми. Попробуйте с помощью улыбки передать своё настроение своим одноклассникам и нашим гостям. Я вижу настроение у вас хорошее, деловое, итак, за работу. Внимание на экран.

В качестве мотивирующей задачи использован фрагмент из м/ф «Винни Пух и все-все-все» (полет Винни-Пуха на воздушном шаре».

(Слайд)

После просмотра фрагмента м/ф звучит вопрос: «А может ли воздушный шарик поднять медведя и сколько на самом деле нужно воздушных шариков Винни Пуху, чтобы он смог взлететь?».

1. Возможна ли такая ситуация? Почему?
2. При каких условиях это возможно? (не забываем о том, что по сюжету книги и мультфильма Вини-Пух все -таки игрушечный медведь)
3. Как узнать сколько надо воздушных шаров, чтобы Вини-Пух мог взлететь?
4. Что для этого надо сделать ? (рассчитать подъемную силу одного воздушного шара, узнать массу медведя и вычислить, сколько шаров понадобится)

Таким образом тема нашего сегодняшнего занятия «Подъемная сила воздушного шара».

(Слайд)

На данном занятии учащиеся в большей степени предполагают, сможет ли поднять один воздушный шарик игрушечного медвежонка. Каждая группа самостоятельно в отчетной таблице записывает свою гипотезу (-ы).

Для того чтобы ответить на поставленный вопрос и проверить гипотезу необходимо провести эксперимент по измерению грузоподъемности воздушного шарика. Определяем, что нам для этого необходимо.

(Слайд)

Итак, что необходимо знать, чтобы рассчитать грузоподъемность одного воздушного шарика? (Силу тяжести, действующую на шарик и медведя, и выталкивающую (Архимедову силу)).

Какие силы действуют на воздушный шарик?

Чтобы шарик взлетел, какая из сил должна быть больше?

Из каких составляющих будет складываться наша сила тяжести?

Как найти подъемную силу нашего воздушного шарика?

Для того чтобы определить, какой груз может поднять воздушный шар, надо знать его подъемную силу. Ученики делают в тетрадях схематический рисунок с расстановкой сил, действующих на шар (силы Архимеда и силы тяжести). Подъемная сила воздушного шара равна разности между архимедовой силой и действующей на шар силой тяжести.

Давайте составим алгоритм действий, как найти грузоподъемность воздушного шараLдалее обсуждение действий по алгоритму)

(Слайд)

1. Найти объем шара.

Объём шарика: V=4/3πR 3

(если шарик шар)

Длина окружности: L = 2πR

2. Найти архимедову силу, действующую на шар.

где p_{(воздух)} — плотность воздуха,

V — объём шарика,

g — ускорение свободного падения.

3. Найти силу тяжести, действующую на оболочку шарика.

Найти массу такого же пустого шарика с помощью электронных весов и вычислить силу тяжести, действующую на шарик. Fт.об = m · g.

4. Найти силу тяжести, действующую на гелий в шарике.

Сила тяжести, действующая на газ (гелий) в шарике:

F_{т газа внутри} = m · g = ρ(Не) · g · V

Плотности возьмём из таблицы: ρ_(He) = 0,18 кг/м 3

5. Определили подъёмную силу одного шарика:

(Слайд)

Каждая группа рассказывает о результатах вычислений и эксперимента.

Вывод: в ходе вычислений установили, что подъёмная сила одного шарика, наполненного гелием равна приблизительно 0,02Н, то есть один шарик может поднять груз массой 2 г.

Итак, подъемную силу воздушного шарика мы выяснили, а как найти массу груза, который может поднять воздушный шарик?

(Подъемная сила воздушного шара будет равна весу груза, который он может поднять)

m = P_груза/ g

Последнее, что остается сделать, это ответить на вопрос, поставленный в начале занятия. Для этого на столе учителя лежит мягкая игрушка — медведь (заранее найдена его масса). Ученики выясняют, сколько нужно шариков (для каждой группы свой результат, т.к. можно взять шарики разные по размеру), чтобы поднять этого медведя.

Вывод: конечно одного воздушного шара для полета Вини-Пуха недостаточно. Выдвинутая в начале исследования гипотеза подтвердилась. И, хоть в реальности мультипликационная идея оказалась практически не реальной, это не мешает нам верить в чудеса и наслаждаться волшебным миром сказок. (Слайд)

И все-таки такой полет был осуществлен 3 августа 1980 года в Москве состоялась церемония закрытия Олимпийских игр, во время которой в небо был запущен талисман Олимпиады-80 — Олимпийский Мишка высотой 8 метров и весом 64 килограмма улетел на 24 шарах. Миллионы зрителей не только в СССР, но и за рубежом следили за прощальным полетом медведя с глазами, полными слез.

(Слайд)

Внимание на экран, в мультфильме «Ну, погоди!» волк проглотил воздушный шарик и поднялся в воздух. Каким должен был стать объем волка, чтобы такое могло произойти? Предлагаю подумать над этим к следующему занятию.

Наше занятие подходит к концу, у каждого на столах лежат листочки с заданиями — продолжите фразу.

7 класс

Глава 3. Давление твёрдых тел. жидкостей и газов
§ 54. Воздухоплавание

С давних времён люди мечтали о возможности летать над облаками, плавать в воздушном океане, как они плавали по морю. Для воздухоплавания вначале использовали воздушные шары (рис. 161, а), которые раньше наполняли нагретым воздухом, сейчас — водородом или гелием.

Для того чтобы шар поднялся в воздух, необходимо, чтобы архимедова сила (выталкивающая) F_A, действующая на шар, была больше силы тяжести F_тяж, т. е. F_A > F_тяж.

По мере поднятия шара вверх архимедова сила, действующая на него, уменьшается (F_A = gρV), так как плотность верхних слоёв атмосферы меньше, чем у поверхности Земли. Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают специально взятый для этой цели груз (балласт) и этим облегчают шар. В конце концов шар достигает своей предельной высоты подъёма. Для спуска шара из его оболочки при помощи специального клапана выпускают часть газа.

В горизонтальном направлении воздушный шар перемещается только под действием ветра, поэтому он называется аэростатом (от греч. аэр — воздух, стато — стоящий). Для исследования верхних слоёв атмосферы, стратосферы раньше применялись огромные воздушные шары — стратостаты.

До того как научились строить большие самолёты, для перевозки по воздуху пассажиров и грузов применяли управляемые аэростаты — дирижабли (значит «управляемый») (рис. 161, б). Они имеют удлинённую форму, под корпусом подвешивается гондола для пассажиров и гондола с двигателем, который приводит в движение пропеллер.

Воздушный шар не только сам поднимается вверх, но может поднять и некоторый груз: кабину, людей, приборы. Поэтому, для того чтобы узнать, какой груз может поднять воздушный шар, необходимо определить его подъёмную силу.

Пусть, например, в воздух запущен шар объёмом 40 м 3 , наполненный гелием. Масса гелия, заполняющая оболочку шара, будет равна m_г = ρ_гV = 0,1890 кг/м 3 • 40 м 3 = 7,2 кг, а его вес равен P_г = gm_г;
P_г = 9,8 Н/кг • 7,2 кг = 71 Н.

Выталкивающая же сила (архимедова), действующая на этот шар в воздухе, равна весу воздуха объёмом 40 м 3 , т. е. F_A = gρ_воздV;

F_A = 9,8 Н/кг • 1,3 кг/м 3 • 40 м 3 = 520 Н.

Значит, этот шар может поднять груз весом 520 H — 71 H = 449 Н. Это и есть его подъёмная сила.

Шар такого же объёма, но наполненный водородом, может поднять груз весом 479 Н. Значит, подъёмная сила его больше, чем шара, наполненного гелием. Ho всё же чаще используют гелий, так как он не горит и поэтому безопаснее. Водород же горючий газ.

Гораздо проще осуществить подъём и спуск шара, наполненного горячим воздухом. Для этого под отверстием, находящимся в нижней части шара, располагают горелку. При помощи газовой горелки можно регулировать температуру воздуха, а значит, его плотность и выталкивающую силу. Чтобы шар поднялся выше, достаточно сильнее нагреть воздух в нём, увеличив пламя горелки. При уменьшении пламени горелки температура воздуха в шаре уменьшается, и шар опускается вниз.

Можно подобрать такую температуру шара, при которой вес шара и кабины будет равен выталкивающей силе. Тогда шар повиснет в воздухе и с него будет легко проводить наблюдения.

По мере развития науки происходили и существенные изменения в воздухоплавательной технике. Появилась возможность для создания новых оболочек для аэростатов, которые стали прочными, морозоустойчивыми и лёгкими.

Достижения в области радиотехники, электроники, автоматики позволили создать беспилотные аэростаты. Эти аэростаты используются для изучения воздушных течений, для географических и медико-биологических исследований в нижних слоях атмосферы.

Вопросы:

1. Почему воздушные шары наполняют водородом или гелием?

2. Как рассчитать подъёмную силу шара, наполненного гелием?

3. Почему уменьшается выталкивающая сила, действующая на шар, по мере его подъёма?

4. Как регулируют высоту подъёма воздушного шара, наполненного горячим воздухом?

Упражнения:

Упражнение № 2

1. На весах уравновешена бутылка, внутри которой находится сжатый воздух. Через пробку бутылки пропущена стеклянная трубка с краном, к наружному концу которой привязана оболочка резинового шара (рис. 162, а). Если часть воздуха из бутылки перейдёт в оболочку и раздует её (рис. 162, б), то равновесие весов нарушится. Объясните наблюдаемое явление.

2. На весах уравновесили лёгкий стеклянный шарик. Затем весы поместили под колокол воздушного насоса и откачали воздух. Равновесие весов нарушилось (рис. 163). Почему?

3. Один шарик надут воздухом, другой — водородом, третий — углекислым газом. Какие шарики не взлетят? Объясните почему.

Воздухоплавание. Урок 52

Ранее говорилось о плавание тел в жидкостях. Напомним, что плавание тел основано на законе Архимеда.Было установлено, что тело тонет в жидкости, если плотность вещества тела больше плотности жидкости, плавает внутри, если плотности вещества тела и жидкости равны, и плавает, частично погрузившись в жидкость, если плотность вещества тела меньше плотности жидкости.

Красная линия на борту судна называется ватерлинией, которая показывает предельную осадку судна. Масса воды в погруженном до ватерлинии объеме называется водоизмещением судна. А разность между водоизмещением и массой не нагруженного судна есть грузоподъемность судна.

На каких законах основано воздухоплавание? Оказывается на тех же, что и плавание судов: законе Архимеда и законе Паскаля, ведь они общие для жидкостей и газов.

Вообще люди с давних времен мечтали о возможности летать над облаками и плавать в безбрежном воздушном океане, как они это делают по морю. Однако долгое время этого им сделать не удавалось. История первых полетов началась в августе 1709 года и связана с именем Бартоломеу де Гусмана.

Им впервые была продемонстрирована модель воздухоплавательного аппарата. При одном из испытаний модель поднялась в воздух на 4 метра. Однако первый полет воздушного аппарата произошел 5 июня 1783 года во французском городе Аннонэ. Его организаторами были братья Жозеф-Мишель и Жак-Этьен Монгольфье. Был даже составлен протокол первого полета — аппарат поднялся на высоту около 500 метров и продержался около 10 минут, пролетев при этом 2 километра.

Воздушный аппарат представлял собой шар, внизу которого было отверстие, а под ним висела жаровня с горячими углями, в которой сжигали мокрую солому и шерсть. Воздух в шаре нагревался, расширялся, и часть его выходила из шара. При этом сила тяжести, действующая на шар, уменьшалась. Соответственно, выталкивающая сила становилась больше силы тяжести, и шар поднимался вверх.

Хотя закон Архимеда для газов объясняет полет воздушного шара, но выталкивающая сила возникает здесь не так, как в случае твердого тела. В нижней части оболочки воздушного шара есть отверстие. При этом давление газа, например гелия, у нижнего отверстия равно давлению окружающего воздуха. При подъеме шара вверх давление гелия внутри шара и наружного воздуха уменьшается, следовательно, давление гелия на разных участках шара будет меньше, чем у нижнего отверстия. Так как давление гелия внутри шара убывает медленнее, чем воздуха снаружи, то на оболочку внутри будет действовать большее давление. При этом самая значительная разница давлений будет в ее верхней части. Следовательно, сила, действующая на купол оболочки изнутри, будет больше, чем снаружи. Разность между этими силами и уравновешивает силу тяжести оболочки с грузом.Таким образом, выталкивающая сила создается не благодаря разности давлений на нижнюю и верхнюю части тела (как в случае твердого тела), а благодаря разности давлений изнутри и снаружи на верхнюю часть оболочки воздушного шара.

Когда шар достигает слоев воздуха с меньшим давлением, газ внутри шара расширяется, и часть его выходит из нижнего отверстия. То есть, на высоте уменьшается и наружное, и внутреннее давление, уменьшается и выталкивающая сила. На некоторой высоте она станет равна весу шара с находящимся в нем газом, и шар повиснет. Для того чтобы спуститься на землю с помощью веревки из корзины открывают клапан, находящийся в верхней части шара. При его открывании газ, имеющий большее давление, чем окружающий воздух, выходит наружу. Через нижнее отверстие это невозможно, так как здесь давления одинаковы.

Гораздо проще осуществлять подъем и спуск шара, если наполнить его горячим воздухом, по примеру того, как это делали братья Монгольфье. Для этого под отверстием располагают газовую горелку, с помощью которой легко можно регулировать температуру воздуха внутри шара, а, следовательно, и его среднюю плотность.

Воздушные шары не только сами поднимаются вверх, но могут поднимать и грузы — кабину, людей и оборудование. Для того чтобы узнать, какой груз может поднять воздушный шар, необходимо знать его подъемную силу.

Для примера, рассмотрим запущенный в воздух воздушный шар объемом 50 кубических метров, заполненный гелием.

Итак, массу гелия, заполняющую оболочку шара, определим как произведение плотности гелия и его объема, который равен объему шара. Получим, что она составляет 9,45 килограмм. Тогда его вес составляет 92,61 Н.

Таким образом, подъемная сила — это максимальный груз, который может поднять шар, равная разности между силой Архимеда и силой тяжести газа, заполняющего шар.

Воздушные шары, поднимающиеся на небольшую высоту, называются аэростатами, на высоту более 11 километров — стратостатами. А вот воздушные аппараты, снабженные двигателями и воздушными винтами, то есть управляемые, называются дирижаблями.

Почему летательные шары не заполняют водородом как самым легким газом, который в 14 раз легче воздуха? Водород — это горючий газ, который образует с воздухом взрывоопасную смесь, и его использование в шарах небезопасно. Так, например, самая знаменитая катастрофа произошла с немецким дирижаблем «Гинденбург», построенным в 1936 году. 6 мая 1937 года во время посадки «Гинденбург», наполненный водородом, загорелся и потерпел катастрофу, в результате которой погибло 35 человек на борту и один член наземной команды.

В настоящее время летательные аппараты, использующие силу Архимеда, находят широкое практическое применение: они зондируют атмосферу, т.е. с помощью установленных на них датчиков дают информацию для метеослужб о температуре, давлении и т.д. С их помощью изучают влияние космической радиации на живые организмы в нижних слоях атмосферы. Дирижабли имели огромное значение во время войны. Они снабжали труднодоступные районы продовольствием, конвоировали суда в море, осуществляли поиск подводных лодок и др.

Упражнения.

Задача 1. Объем воздушного шарика, заполненного водородом, составляет 4 дм 3 , а его вес — 0,04 Н. Определите подъемную силу шарика.

Задача 2. Определите выталкивающую силу, действующую на шар-зонд объемом 8 м 3 , заполненный водородом. Масса оболочки шара составляет 0,8 кг. Какой груз может поднять этот шар?

Основные выводы:

– Воздухоплавание, как и плавание судов, основано на законе Архимеда и законе Паскаля.

– Подъемная сила воздушного шара — это максимальный груз, который может поднять шар, равная разности между силой Архимеда и силой тяжести газа, заполняющего шар.

– Аэростаты –воздушные шары, поднимающиеся на небольшую высоту.

– Стратостаты – воздушные шары, поднимающиеся на высоту более 11 км.

– Дирижабли – представляющие собой комбинацию аэростата с винтовым двигателем и системы управления.

А в заключении хотелось бы отметить, что знание законов физики (законов Паскаля, Архимеда и другие) позволило человеку освоить воздушный и водный океаны. Воздух и вода — самые необходимые составляющие для жизни человека и всего живого мира. Поэтому осваивать воздушные и водные пространства надо экологически грамотно, постоянно думая о том, чтобы как можно меньше вреда нанести самому ценному, что есть на Земле.

Полученная формула справедлива для тел любой формы.

Известно, что к газам, также применим закон Паскаля. Поэтому, аналогично жидкости на тело действует и газ, в который погружено тело. Чтобы в этом убедится, проведем небольшой опыт. Уравновесим на весах стеклянную колбу с воздухом, опущенную в сосуд. Затем нальем в сосуд с колбой углекислый газ.

В результате, равновесие весов нарушилось. Следовательно, на колбу действует выталкивающая сила со стороны более тяжелого углекислого газа, в который она погружена.

Теперь можно сделать следующее обобщение: сила, выталкивающая тело из жидкости или газа, направлена противоположно силе тяжести, приложенной к этому телу. Поэтому если какое-либо тело взвесить в жидкости или газе, то его вес окажется меньше веса в вакууме (пустоте). Именно этим и объясняется, что в воде можно легко поднять тела, которые с трудом можно удержать в воздухе.

Упражнения.

Задача 1. При полном погружении гранитной плиты в воду, она вытесняет некоторую её часть. Если объем вытесненной воды составляет 0,8 м 3 , то чему равна выталкивающая сила, действующая на плиту?

Задача 2. Вес алюминиевого бруска в воде на Земле составляет 4998 Н. При его взвешивании в воде на поверхности Луны, вес оказался равным 833 Н. Определите насколько выталкивающая сила, действующая в воде на Земле больше выталкивающей силы, действующей на Луне, если размеры алюминиевого бруска составляют 4×0,3×0,25 м, а коэффициент пропорциональности g на Луне примерно в 6 раз меньше, чем на Земле. Плотность алюминия составляет 2700 килограмм на кубический метр.

Основные выводы:

· На любое тело, погруженное в жидкость или газ, со стороны жидкости или газа действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и приложена к этому телу.

· Значение выталкивающей силы зависит от объема тела, погруженного в жидкость или газ, и от плотности жидкости.

· Значение выталкивающей силы не зависит от плотности вещества погруженного в жидкость или газ тела.

· Значение выталкивающей силы можно определить, как разность сил гидростатического давления, действующих на нижнее и верхнее основания тела.

· Выталкивающая сила равна весу жидкости в объеме погруженного в нее тела.

7.45 Закон Архимеда. Архимедова сила

В прошлой теме говорилось о том, что на любое тело, погруженное в жидкость или газ, со стороны жидкости или газа действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и приложена к этому телу. Было установлено, что значение выталкивающей силы зависит от объема тела, погруженного в жидкость или газ, от плотности жидкости, и не зависит от плотности погруженного тела. Значение выталкивающей силы можно определить как разность сил гидростатического давления, действующих на нижнее и верхнее основания тела. Величина выталкивающей силы равна весу жидкости в объеме погруженного в нее тела.

Значение выталкивающей силы можно определить и на опыте, используя для этого прибор, который называется «Ведерко Архимеда».

Данный прибор представляет собой пружину, на которую подвешивается ведерко и тело цилиндрической формы. Стрелка на пружине отмечает ее растяжение. Закрепим прибор в лапке штатива и отметим резиновым колечком положение нашей пружинки — она показывает вес тела в воздухе. Поставим под установку отливной сосуд, наполненный жидкостью до уровня отливной трубки, под которую поместим пустой стакан.

При погружении нашего тела в этот сосуд, часть жидкости, объем которой равен объему тела, выливается из отливного сосуда в стакан. Одновременно с этим происходит сокращение пружины, указывая на уменьшения веса тела в жидкости. Т.е. наряду с силой тяжести, еще действует сила, выталкивающая цилиндр из жидкости. Если теперь вылить в ведерко назад жидкость из стакана, то указатель пружины вернётся к своему начальному положению. Таким образом, можно заключить, что сила, выталкивающая целиком погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости в объеме этого тела.

Если этот же опыт проделать уже не с жидкостью, а с каким-либо газом, то он покажет нам, что сила, выталкивающая тело из газа, также равна весу газа, взятого в объеме тела.

Выталкивающую силу, действующую на погруженное в жидкость или газ тело, называют архимедовой силой в честь древнегреческого ученого Архимеда, который впервые указал на ее существование и рассчитал ее значение за 250 лет до нашей эры.

Проведенные опыты подтвердили, что сила Архимеда равна весу жидкости в объеме погруженного тела. Если массу жидкости, которую вытеснило погруженное тело, выразить через ее плотность и объем тела, погруженного в жидкость, то получим математическую запись закона Архимеда.

И так, закон Архимеда гласит, что на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объеме погруженной части тела, направленная вертикально вверх и приложенная в центре давления.

С открытием этого закона связывают замечательную легенду — легенду о короне царя Гиерона.

Преданье старинное знает весь свет,

Как, тешась горячею ванной,

Открыл свой великий закон Архимед,

Связав его с выходкой странной…

Рассмотрим математическую запись закона Архимеда и проанализируем ее. Из формулы видно, что сила Архимеда зависит от плотности жидкости (или газа), в которую погружено тело, и от объема тела. Однако она не зависит от плотности вещества тела, так как данная величина не входит в полученную формулу.

Как можно определить вес тела погруженного в жидкость или газ? На погруженное тело будут действовать две силы, которые направлены в противоположные стороны — это сила тяжести и сила Архимеда. Тогда вес тела в жидкости или газе будет меньше веса тела в вакууме на значение архимедовой силы.

P₁ = P – F_A = mg – m_ж(г)g

Таким образом, если тело погружено в жидкость или газ, то оно теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость или газ.

Упражнения.

Задача 1. Определите выталкивающую силу, действующую на стальной брусок, объемом 2 м 3 , находящегося в пресной воде.

Задача 2. Цепь выдерживает нагрузку 70000 Н. Можно ли на этой цепи удерживать под водой гранитную плиту объемом 4 м 3 ?

Основные выводы:

· На погруженное в жидкость или газ тело, действует выталкивающая сила.

· Выталкивающую силу называют архимедовой силой.

· Закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объеме погруженной части тела, направленная вертикально вверх и приложенная в центре давления.

7.47 Плавание тел

Ранее говорилось о том, что на погруженное в жидкость или газ тело, действует выталкивающая сила, называемая силой Архимеда.

А также сформулировали закон Архимеда, согласно которому, на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объеме погруженной части тела, направленная вертикально вверх и приложенная в центре давления.

Но помимо силы Архимеда, на тело, находящееся внутри жидкости, действует еще и сила тяжести, направленная вертикально вниз. Рассмотрим, что будет происходить с телом под действием этих двух сил. Для этого обратимся к следующему опыты. Возьмем стакан с насыщенным раствором соли в воде. Теперь опустим в стакан три однородных кубика одинакового объема — из сырого картофеля, пенопласта и пластилина. Пластилиновый кубик тут же опустится на дно стакана. Кубик из картофеля погрузится в жидкость и будит плавать внутри нее. А пенопластовый кубик будет плавать на поверхности, лишь частично погрузившись в воду.

Так по какому признаку можно определить, как будет вести себя тело в жидкости? Объемы кубиков одинаковы, но плотности вещества, из которых они изготовлены, — разные: у пластилина примерно 1,6 г/см 3 , у картофеля — 1,1 г/см 3 , а у пенопласта около 0,2 г/см 3 . Плотность же соленый воды составляет 1,1 г/см 3 . Сравним теперь плотности вещества кубиков и плотности жидкости, в которую они погружены.

Плотность пластилина больше плотности воды. Таким образом, если плотность вещества тела больше плотности жидкости r_тела > r_ж, то тело в жидкости тонет.

Плотность картофеля и плотность воды одинакова. Если плотность вещества тела равна плотности жидкости r_тела = r_ж, то тело плавает внутри жидкости.

Плотность пенопласта меньше плотности воды. Если плотность вещества тела меньше плотности жидкости r_тела < r_ж, то тело плавает на поверхности жидкости, лишь частично погрузившись в нее.

Аналогичные рассуждения можно провести, сравнивая силу Архимеда, действующую на погруженное в жидкость тело, и силу тяжести, действующую на это же тело.

Так, если сила тяжести будет больше силы Архимеда F_тяж > F_А, то тело будет опускаться на дно.

Если сила тяжести равна силе Архимеда F_тяж = F_А, то тело может плавать внутри жидкости на любой глубине.

А если сила тяжести будет меньше силы Архимеда F_тяж < F_А, то тело будет всплывать.

Рассмотрим последний случай более подробно. Когда тело, погруженное в жидкость, начинает всплывать, сила Архимеда, действующая на него, начинает уменьшаться. И в тот момент, когда сила Архимеда станет равна силе тяжести, тело остановиться и будет плавать на поверхности жидкости, частично погрузившись в нее. А архимедова сила будет равна весу жидкости в объеме погруженной в нее части тела.

Проверим это на опыте. Возьмем отливной сосуд, заполненный водой, и тело, которое может плавать на поверхности воды. Взвесим это тело в воздухе.

После этого, погрузим наше тело в отливной сосуд — оно вытеснит объем воды, который равен объему погруженной в нее части тела.

Теперь взвесим эту воду.

Из рисунка видно, что вес воды, а, следовательно, и сила Архимеда, равна силе тяжести, которая действует на плавающее тело.

Так же можно показать, что чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая его часть погружена в жидкость.

А как в сосуде будут располагаться несмешивающиеся жидкости?

Несмешивающиеся жидкости также будут располагаться в сосуде в соответствии со своими плотностями.Например, если в сосуд налить мед, воду, растительное масло и спирт, то более плотный мед расположится в нижней части сосуда, затем вода и растительное масло, а сверху — наиболее легкий спирт.

А как плавают живые организмы в воде? Все очень просто. Их средняя плотность почти не отличается от плотности воды, поэтому их вес практически полностью уравновешивается силой Архимеда. В связи с этим, водные животные не имеют прочных и массивных скелетов, как наземные животные. Многие рыбы обладают плавательным пузырем. Он устроен так, что рыба может легко менять его объем. Так, например, когда рыба опускается на глубину, давление воды на нее увеличивается, увеличивается и выталкивающая сила. Рыба сжимает пузырь, ее объем уменьшается и она не выталкивается вверх, а плавает на нужной ей глубине. Когда же рыба хочет всплыть, она увеличивает объем плавательного пузыря, вследствие чего объем всего тела рыбы увеличивается, и она может плавать уже на меньшей глубине.

Морские млекопитающие, например, киты, регулируют глубину своего погружения за счет увеличения или уменьшения объема легких.

Как могут плавать в воде огромные металлические суда и при этом еще перевозить огромное количество грузов? Ведь у них нет ни легких, как у млекопитающих, ни плавательного пузыря? Их плавание также основано на законе Архимеда.Корабли, яхты, подводные лодки и другие плавающие средства конструируются так, чтобы их средняя плотность была меньше плотности воды и могла изменяться.

Что такое средняя плотность? Например, плотность куска глины определяется отношением массы куска глины к ее объему.

Если из этого куска глины вылепить домик, с воздушной полостью внутри, то его масса будет равна массе куска глины, а вот плотность нет — она будет равна отношению массы глины к объему домика.

r_дом = m_гл / V_дом

Очевидно, что объем домика будет больше, чем изначальный объем куска глины, а, следовательно, средняя плотность домика будет меньше.

Чем больше будет объем полости, тем меньше будет средняя плотность. Поэтому суда имеют много воздушных водонепроницаемых резервуаров и их средняя плотность меньше плотности воды.

В целях безопасности плавания судно может погружаться только до определенной глубины, которую называют предельной осадкой судна и отмечают на его борту красной линией — ватерлинией.

Масса воды в погруженном до ватерлинии объеме судна называется водоизмещением судна. Водоизмещение обозначают m_в. Например, знаменитый «Титаник» имел водоизмещение 46300 тонн. Если из водоизмещения судна вычесть его массу в ненагруженном состоянии, то получим максимальную массу груза, которую можно перевозить на данном судне. Эта максимальная масса груза называется грузоподъемностью судна.

Например, современные танкеры, перевозящие нефть, имеют грузоподъемность от 500000 тонн и выше.

Особый вид морского судна представляет подводная лодка. Она устроена так, что можно очень быстро увеличить ее среднюю плотность и тем самым опустить ко дну или уменьшить среднюю плотность, значит, поднять лодку к поверхности воды. Соответственно при равенстве средней плотности судна и плотности воды, она будет плыть под ее поверхностью. Так как объем лодки остается во всех случаях постоянным, а значит, постоянна выталкивающая сила, то при маневрах лодки под водой следует менять массу лодки. Для этих целей в корпусе лодки имеется ряд балластных отсеков, которые заполняются водой, при этом масса лодки увеличивается и лодка погружается.

Если вода из отсеков вытесняется сжатым воздухом, то лодка всплывает на поверхность. Конечно, трудно подобрать такую массу воды, чтобы выталкивающая сила в точности была равна силе тяжести. Поэтому для сохранения заданной глубины нужно все время изменять количество балласта либо все время двигаться, маневрируя рулями глубины.

Упражнения.

Задача 1. Определите максимальную массу человека, который может находиться на плоской льдине толщиной 40 см и площадью поверхности основания 2 м 2 . Коэффициент g примите равным 10 Н/кг.

Задача 2. Определите в процентном соотношении, какая часть айсберга, по отношению ко всему его объёму, находится под водой. Плотность льда 930 кг/м 3 , плотность морской воды 1030 кг/м 3 .

Основные выводы:

· Плавание судов основано на законе Архимеда.

· Тело тонет в жидкости, если плотность вещества тела больше плотности жидкости, плавает внутри жидкости, если плотности вещества тела и жидкости равны, и плавает, частично погрузившись в жидкость, если плотность вещества тела меньше плотности жидкости.

· Красная линия на борту судна называется ватерлинией, которая показывает предельную осадку судна.

· Масса воды в погруженном до ватерлинии объеме называется водоизмещением судна.

· Разность между водоизмещением и массой не нагруженного судна есть грузоподъемность судна.

7.49 Воздухоплавание

Плавание тел основано на законе Архимеда. Было установлено, что тело тонет в жидкости, если плотность вещества тела больше плотности жидкости, плавает внутри, если плотности вещества тела и жидкости равны, и плавает, частично погрузившись в жидкость, если плотность вещества тела меньше плотности жидкости.

Красная линия на борту судна называется ватерлинией, которая показывает предельную осадку судна. Масса воды в погруженном до ватерлинии объеме называется водоизмещением судна. А разность между водоизмещением и массой не нагруженного судна есть грузоподъемность судна.

На каких законах основано воздухоплавание? Оказывается на тех же, что и плавание судов: законе Архимеда и законе Паскаля, ведь они общие для жидкостей и газов.

Вообще люди с давних времен мечтали о возможности летать над облаками и плавать в безбрежном воздушном океане, как они это делают по морю. Однако долгое время этого им сделать не удавалось. История первых полетов началась в августе 1709 года и связана с именем Бартоломеу де Гусмана. Им впервые была продемонстрирована модель воздухоплавательного аппарата. При одном из испытаний модель поднялась в воздух на 4 метра.

Однако первый полет воздушного аппарата произошел 5 июня 1783 года во французском городе Аннонэ. Его организаторами были братья Жозеф-Мишель и Жак-Этьен Монгольфье. Был даже составлен протокол первого полета — аппарат поднялся на высоту около 500 метров и продержался около 10 минут, пролетев при этом 2 километра.

Воздушный аппарат представлял собой шар, внизу которого было отверстие, а под ним висела жаровня с горячими углями, в которой сжигали мокрую солому и шерсть. Воздух в шаре нагревался, расширялся, и часть его выходила из шара. При этом сила тяжести, действующая на шар, уменьшалась.

Соответственно, выталкивающая сила становилась больше силы тяжести, и шар поднимался вверх.

Хотя закон Архимеда для газов объясняет полет воздушного шара, но выталкивающая сила возникает здесь не так, как в случае твердого тела. В нижней части оболочки воздушного шара есть отверстие. При этом давление газа, например гелия, у нижнего отверстия равно давлению окружающего воздуха. При подъеме шара вверх давление гелия внутри шара и наружного воздуха уменьшается, следовательно, давление гелия на разных участках шара будет меньше, чем у нижнего отверстия. Так как давление гелия внутри шара убывает медленнее, чем воздуха снаружи, то на оболочку внутри будет действовать большее давление. При этом самая значительная разница давлений будет в ее верхней части. Следовательно, сила, действующая на купол оболочки изнутри, будет больше, чем снаружи. Разность между этими силами и уравновешивает силу тяжести оболочки с грузом. Таким образом, выталкивающая сила создается не благодаря разности давлений на нижнюю и верхнюю части тела (как в случае твердого тела), а благодаря разности давлений изнутри и снаружи на верхнюю часть оболочки воздушного шара.

Когда шар достигает слоев воздуха с меньшим давлением, газ внутри шара расширяется, и часть его выходит из нижнего отверстия. То есть, на высоте уменьшается и наружное, и внутреннее давление, уменьшается и выталкивающая сила. На некоторой высоте она станет равна весу шара с находящимся в нем газом, и шар повиснет. Для того чтобы спуститься на землю с помощью веревки из корзины открывают клапан, находящийся в верхней части шара. При его открывании газ, имеющий большее давление, чем окружающий воздух, выходит наружу. Через нижнее отверстие это невозможно, так как здесь давления одинаковы.

Гораздо проще осуществлять подъем и спуск шара, если наполнить его горячим воздухом, по примеру того, как это делали братья Монгольфье. Для этого под отверстием располагают газовую горелку, с помощью которой легко можно регулировать температуру воздуха внутри шара, а, следовательно, и его среднюю плотность.

Воздушные шары не только сами поднимаются вверх, но могут поднимать и грузы — кабину, людей и оборудование. Для того чтобы узнать, какой груз может поднять воздушный шар, необходимо знать его подъемную силу.

Для примера, рассмотрим запущенный в воздух воздушный шар объемом 50 кубических метров, заполненный гелием.

Итак, массу гелия, заполняющую оболочку шара, определим как произведение плотности гелия и его объема, который равен объему шара. Получим, что она составляет 9,45 килограмм. Тогда его вес составляет 92,61 Н.

Таким образом, подъемная сила — это максимальный груз, который может поднять шар, равная разности между силой Архимеда и силой тяжести газа, заполняющего шар.

Воздушные шары, поднимающиеся на небольшую высоту, называются аэростатами, на высоту более 11 километров — стратостатами. А вот воздушные аппараты, снабженные двигателями и воздушными винтами, то есть управляемые, называются дирижаблями.

Почему летательные шары не заполняют водородом как самым легким газом, который в 14 раз легче воздуха? Водород — это горючий газ, который образует с воздухом взрывоопасную смесь, и его использование в шарах небезопасно. Так, например, самая знаменитая катастрофа произошла с немецким дирижаблем «Гинденбург», построенным в 1936 году. 6 мая 1937 года во время посадки «Гинденбург», наполненный водородом, загорелся и потерпел катастрофу, в результате которой погибло 35 человек на борту и один член наземной команды.

В настоящее время летательные аппараты, использующие силу Архимеда, находят широкое практическое применение: они зондируют атмосферу, т.е. с помощью установленных на них датчиков дают информацию для метеослужб о температуре, давлении и т.д. С их помощью изучают влияние космической радиации на живые организмы в нижних слоях атмосферы. Дирижабли имели огромное значение во время войны. Они снабжали труднодоступные районы продовольствием, конвоировали суда в море, осуществляли поиск подводных лодок и др.

Упражнения.

Задача 1. Объем воздушного шарика, заполненного водородом, составляет 4 дм 3 , а его вес — 0,04 Н. Определите подъемную силу шарика.

Задача 2. Определите выталкивающую силу, действующую на шар-зонд объемом 8 м 3 , заполненный водородом. Масса оболочки шара составляет 0,8 кг. Какой груз может поднять этот шар?

Основные выводы:

· Воздухоплавание, как и плавание судов, основано на законе Архимеда и законе Паскаля.

· Подъемная сила воздушного шара — это максимальный груз, который может поднять шар, равная разности между силой Архимеда и силой тяжести газа, заполняющего шар.

· Аэростаты – воздушные шары, поднимающиеся на небольшую высоту.

· Стратостаты – воздушные шары, поднимающиеся на высоту более 11 км.

· Дирижабли – представляющие собой комбинацию аэростата с винтовым двигателем и системы управления.

· А в заключении хотелось бы отметить, что знание законов физики (законов Паскаля, Архимеда и другие) позволило человеку освоить воздушный и водный океаны. Воздух и вода — самые необходимые составляющие для жизни человека и всего живого мира. Поэтому осваивать воздушные и водные пространства надо экологически грамотно, постоянно думая о том, чтобы как можно меньше вреда нанести самому ценному, что есть на Земле.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

помогите пж

б)Чтобы выяснить, какой груз может поднять воздушный шар, надо определить ___.

в) Разновидности воздушных шаров: ___

• 18 May 2021
• Ответ оставил: ivanegorovegorov

Ответ: б)Чтобы выяснить, какой груз может поднять воздушный шар, надо определить. следует знать его подъёмную силу.

в)Круглые шары бывают двух видов: с рисунком или печатью и одноцветные.

Панч-боллы – большие круглые воздушные шары,

Фигурные шарики – в основном это шары в виде различных зверей или героев мультфильмов.

Шары для моделирования (ШДМ) – это длинные шары различных цветов и диаметра.

Объяснение:Чем меньше плотность газа, заполняющего воздушный шар данного объёма, тем меньше действующая на него сила тяжести, и поэтому тем больше подъёмная сила.