La presión del fluido La fuerza de Arquímedes es la fuerza de la presión. Examen Estatal Unificado de Física, nivel de perfil. Mecánica (tarea cualitativa). Vibraciones libres de péndulos matemáticos y de resorte.
La ciencia es tan humana, tan verdadera
que le deseo mucha suerte a todo el que se le entregue ...
Johann Wolfgang von Goethe
Debemos a Arquímedes el fundamento de la doctrina del equilibrio de los líquidos.
Joseph Louis Lagrange
ATAÚD DE PROBLEMAS CUALITATIVOS EN FÍSICA
EL PODER DE ARQUIMEDOV
Materiales didácticos sobre física para alumnos y sus padres ;-) y, por supuesto, para profesores creativos.
¡Para los que aman aprender!
Llamo su atención 55
problemas cualitativos en física sobre el tema: "Fuerza de Arquímedes"... Rindamos homenaje a la integración: en las primeras líneas ... material biofísico; según la tradición de las páginas verdes, no descuidaremos ficción y material ilustrativo;-) y también acompañar las tareas con notas informativas y comentarios - para los curiosos, daremos respuestas detalladas a algunos problemas.
Y también ;-) el cuento legendario de la tarea de Arquímedes con la corona de oro.
Problema número 1
La mayoría de las algas (por ejemplo, spirogyra, kelp, etc.) tienen tallos delgados y flexibles. ¿Por qué las algas no necesitan tallos resistentes y duros? ¿Qué les sucede a las algas si se libera agua del depósito en el que se encuentran?
Para los curiosos: Muchas plantas acuáticas permanecen erguidas, a pesar de la extrema flexibilidad de sus tallos, porque grandes burbujas de aire están encerradas en los extremos de sus ramas, que actúan como flotadores.
Nuez de agua Chillim... Planta acuática curiosa - chilim (nuez de agua) Crece en los remansos del Volga, en lagos y estuarios. Sus frutos (nueces de agua) alcanzan un diámetro de 3 cm y tienen una forma similar a un ancla de mar con o sin varios cuernos afilados. Este "ancla" sirve para mantener una planta joven en germinación en un lugar adecuado. Cuando el chillim se desvanece, las frutas pesadas comienzan a formarse debajo del agua. Podrían haber hundido la planta, pero esta vez en los tallos de las hojas. se forma hinchazón - una especie de "cinturones salvavidas"... Esto aumenta el volumen de la parte submarina de las plantas y, por lo tanto, aumenta la fuerza de flotabilidad. Con ello se consigue un equilibrio entre el peso de la fruta y la flotabilidad derivada de la hinchazón.
Otto Wilhelm Tohme(Otto Wilhelm Thome; 1840-1925) - Botánico e ilustrador alemán. Autor de una colección de ilustraciones botánicas "Flora de Alemania, Austria y Suiza (Flora von Deutschland, Österreich und der Schweiz)", 1885.
§ Para los aficionados a los cultivadores de flores, sugiero admirar los retratos de flores en la página verde "Reynegle George Philippe (ilustraciones botánicas)".
Problema número 2
En los mamíferos que viven en la tierra, las extremidades fuertes están adaptadas para el movimiento, pero en los mamíferos marinos (ballenas, delfines), las aletas y la cola son suficientes para el movimiento. Explicar por qué.
Respuesta: La fuerza de Arquímedes es un factor natural importante que determina la estructura del esqueleto de los mamíferos marinos. Dado que un flotante (fuerza de Arquímedes) actúa sobre una criatura que vive en el agua, su peso en un líquido es menor que en el aire por el valor de esta fuerza. Así, una ballena “ligera” en el agua no necesita extremidades fuertes para moverse, para ello solo necesitan aletas y cola.
Problema número 3
¿Qué papel juega la vejiga natatoria en los peces?
Para los curiosos: La densidad de los organismos vivos que habitan el medio acuático difiere muy poco de la densidad del agua, por lo que su peso está casi completamente equilibrado por la fuerza de Arquímedes. Gracias a esto, los animales acuáticos no necesitan esqueletos tan masivos como los terrestres. El papel de la vejiga natatoria en los peces es interesante.... Es la única parte del cuerpo del pez con una compresibilidad notable; Al apretar la burbuja con los esfuerzos de los músculos pectorales y abdominales, el pez cambia el volumen de su cuerpo y, por lo tanto, la densidad media, por lo que puede regular la profundidad de su inmersión dentro de ciertos límites.
Problema número 4
¿Cómo regula una ballena la profundidad de su inmersión?
Respuesta: Las ballenas regulan la profundidad del buceo disminuyendo y aumentando la capacidad pulmonar.
Archibald Thorburn(Archibald Thorburn; 31/05/1860 - 09/10/1935) es un ilustrador escocés.
§ Para los amantes de los animales, recomiendo mirar la página verde de "Las pinturas misteriosas del artista Stephen Gardner" y contar las colas de las ballenas ;-)
Problema número 5
Aunque la ballena vive en el agua, respira con los pulmones. A pesar de la presencia de pulmones, una ballena no vivirá ni una hora si está varada o seca. ¿Por qué?
Para los curiosos: Los mayores representantes del orden de los cetáceos son Ballenas azules. La masa de la ballena azul alcanza 130 toneladas; el animal terrestre más grande - elefante tiene una masa de 3 a 6 toneladas(como el lenguaje de algunas ballenas ;-) Al mismo tiempo, la ballena es capaz de desarrollar una velocidad muy decente en el agua hasta 20 nudos... La fuerza de gravedad que actúa sobre la ballena se calcula en millones de newtons, pero en el agua es sostenida por la fuerza de Arquímedes y la ballena en el agua es ingrávida. En tierra, una tremenda gravedad empujará a la ballena al suelo. El esqueleto de una ballena no está adaptado para soportar este peso, la ballena ni siquiera puede respirar, ya que para inhalar debe expandir sus pulmones, es decir, levantar los músculos que rodean el pecho. Bajo la influencia de una fuerza tan tremenda, la respiración se deteriora significativamente, los vasos sanguíneos se pellizcan y la ballena muere.
Nudo: una unidad de medida para la velocidad. igual a una milla náutica por hora. Se utiliza en la práctica náutica y aeronáutica. Por definición internacional, un nodo es igual a 1.852 kilómetros por hora.
Problema número 6
Cómo regula la profundidad de la inmersión cefalópodo molusco nautilus pompilius(lat. Nautilus pompilius)?
Respuesta: Los cefalópodos Nautilus viven en conchas separadas por particiones en cámaras separadas, el animal mismo ocupa la última cámara y el resto se llena de gas. Cuando el nautilus quiere hundirse hasta el fondo, llena el fregadero de agua, se vuelve pesado y se hunde con facilidad. Para flotar a la superficie, el nautilus inyecta gas en sus "cilindros" hidrostáticos, desplaza el agua y el caparazón flota hacia arriba. El líquido y el gas están bajo presión en el fregadero, por lo que la casa de nácar no explota ni siquiera a una profundidad de setecientos metros, donde a veces nadan los nautilos. El tubo de acero se aplanaría aquí y el vidrio se convertiría en un polvo blanco como la nieve. El nautilus logra evitar la muerte solo gracias a la presión interna que se mantiene en sus tejidos, y mantener su hogar ileso llenándolo de un líquido incompresible. Todo sucede como en un barco moderno de aguas profundas: un batiscafo, una patente que la naturaleza recibió hace quinientos millones de años ;-)
Nautilus pompilius(lat. Nautilus pompilius) es una especie de cefalópodos del género Nautilus. Suele vivir a una profundidad de hasta 400 metros. Habita las costas de Indonesia, Filipinas, Nueva Guinea y Melanesia, el Mar de China Meridional, la costa norte de Australia, Micronesia occidental y Polinesia occidental. Nautilus lleva una vida bentónica, recolectando animales muertos y grandes restos orgánicos, es decir los nautilus son carroñeros del mar.
Kondakov Nikolay Nikolaevich(1908-1999) - Biólogo soviético, candidato de ciencias biológicas, pintor de animales. La principal contribución a la ciencia biológica fue realizada por él dibujos de varios representantes de la fauna. Estas ilustraciones se han incluido en muchas publicaciones como TSB (Gran enciclopedia soviética), Libro rojo de la URSS, en atlas de animales y en material didáctico.
Para los curiosos: Tengo calamar- un animal de la clase cefalópodos(el pariente más cercano de calamares y pulpos), cáscara calcárea interior rudimentaria contiene numerosas cavidades... Para ajustar la flotabilidad, la sepia bombea agua de su esqueleto y permite que el gas llene las cavidades vacías, es decir, actúa sobre el principio de los tanques de agua en un submarino. La principal forma de movimiento de la sepia, el pulpo y el calamar es reactiva., pero este es un tema para otro ataúd de problemas de física de alta calidad ;-)
Radiolarios microscópicos tienen gotitas de aceite en su protoplasma, con la ayuda de las cuales regulan su peso y, por lo tanto, suben y bajan al mar.
Sifonóforos Los zoólogos llaman a un grupo especial de celentéreos. Como las medusas, son animales marinos que nadan libremente. Sin embargo, a diferencia de los primeros, forman colonias complejas con muy pronunciada polimorfismo... En la parte superior de la colonia, generalmente hay una burbuja que contiene gas, con la ayuda de la cual toda la colonia se mantiene en la columna de agua y se mueve. El gas es producido por glándulas especiales. Esta burbuja a veces alcanza una longitud de 30 cm.
Órganos rudimentarios, rudimentos(de Lat. rudimentum - rudiment, principio fundamental) - órganos que han perdido su significado principal en el proceso del desarrollo evolutivo del organismo.
Polimorfismo - multiplicidad, la presencia en la misma especie de organismos de varias formas diferentes.
Ilustraciones del libro de Ernst Haeckel
"Formas artísticas de la naturaleza (Kunstformen der Natur)", 1904
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Ernst Heinrich Philip August Haeckel(Ernst Heinrich Philipp August Haeckel; 1834-1919) - naturalista y filósofo alemán.
"Formas artísticas de la naturaleza (Kunstformen der Natur)"- libro litográfico Ernst Haeckel Publicado originalmente entre 1899 y 1904 en juegos de 10 copias, la versión completa de 100 copias se publicó en 1904.
Problema número 7
¿Por qué los patos y otras aves acuáticas se sumergen un poco en el agua al nadar?
Respuesta: Un factor importante en la vida de las aves acuáticas es la presencia de una gruesa capa de plumas y plumón que no deja pasar el agua, que contiene una cantidad significativa de aire; Gracias a esta peculiar burbuja de aire que envuelve todo el cuerpo del ave, su densidad media es muy baja. Esto explica el hecho de que los patos y otras aves acuáticas se sumerjan poco en el agua al nadar.
Problema número 8
"Lado de Meshchorskaya", 1939
“… En las orillas de estos ríos, las ratas de agua viven en agujeros profundos. Hay ratas completamente grises por la vejez. Si observa en silencio la madriguera, puede ver cómo la rata atrapa peces. Se arrastra fuera del agujero, se zambulle muy profundamente y nada con un ruido terrible ... Para facilitar la natación, las ratas de agua roen un largo tallo del cooge y nadan, sosteniéndolo entre los dientes. El tallo del cooge está lleno de celdas de aire. Sujeta perfectamente el agua, ni siquiera el peso de una rata ... "
Explique la medida que toman las ratas de agua para facilitar la natación.
Respuesta: Flotabilidad corporal- su capacidad para nadar con una carga determinada, teniendo una inmersión predeterminada. La reserva de flotabilidad es una carga adicional que corresponde al peso del líquido en el volumen de la parte sobre el agua del cuerpo flotante. La flotabilidad de un cuerpo está determinada por la ley de Arquímedes.
Ley de arquímedes se formula de la siguiente manera: una fuerza de flotación actúa sobre un cuerpo sumergido en un líquido o gas, igual al peso de la cantidad de líquido o gas que es desplazada por la parte sumergida del cuerpo. Sobre la base de la ley de Arquímedes, se puede concluir que para que un cuerpo nade, es necesario que el peso del líquido desplazado por este cuerpo sea igual o mayor que el peso del propio cuerpo.
Una rata de agua emprendedora, que no estaba familiarizada con la ley de Arquímedes, la usó con éxito para sus propósitos desinteresados pero benevolentes ...
Kuga- el nombre popular de algunas plantas acuáticas de la familia de la juncia, principalmente cañas del lago... Los tallos de los juncos del lago, como muchas otras plantas acuáticas, son muy sueltos, porosos, densamente penetrados por una red de conductos de aire y, por lo tanto, tienen una excelente flotabilidad.
Problema número 9
"Estepa. La historia de un viaje ”, 1888. Anton Pavlovich Chéjov
“… Yegorushka también se desnudó, pero no bajó por la costa, sino que se escapó y voló desde una altura de uno y medio sentado. Habiendo descrito un arco en el aire, cayó al agua, se sumergió profundamente, pero no llegó al fondo; una fuerza, fría y agradable al tacto, lo agarró y lo llevó escaleras arriba ".
¿De qué tipo de fuerza "fría y agradable al tacto" estamos hablando?
Para los curiosos: Fathom - Medida de longitud rusa antigua, mencionado por primera vez en fuentes rusas a principios del siglo XI. En los siglos XI-XVII existía una brazas de 152 y 176 cm. Era la denominada swing brazas, determinada por la extensión de las manos de una persona desde la punta de los dedos de una mano hasta la punta de los dedos de la otra.
Así llamado brazas oblicuas- el tamaño de 216 y 248 cm - se determinó por la distancia desde los dedos de la mano extendida hasta el pie de la pierna opuesta. Bajo Pedro I, las medidas de longitud rusas se equipararon con las inglesas. Se determinó que las brazas tenían 7 pies ingleses u 84 pulgadas. Esto correspondía a 3 arshines, o 48 vershoks, lo que equivale a 213,35 cm.
1 brazas= 1/500 verstas = 3 arshins = 12 vanos = 48 vershoks = 2.1336 metros
Me pregunto que es la palabra "braza" proviene del verbo antiguo eslavo eclesiástico "Encogerse" (caminar de par en par). En la antigua Rusia, no se usaba una, sino muchas brazas diferentes. Ya nos hemos familiarizado con el volante y las brazas oblicuas, ha llegado el turno para algunas otras brazas:
1 brazas ≈ 1,83 metros
1 brazas griegas ≈ 2,304 metros
1 brazas de mampostería ≈ 1.597 metros
1 brazas de tubería ≈ 1,87 metros (esta brazas se utilizó para medir la longitud de las tuberías en los campos de sal)
1 brazas de iglesia ≈ 1.864 metros
1 brazas de rey ≈ 1,974 metros
Sin embargo, también hay brazas cuadradas y cúbicas. La cantidad de algo medido por tal medida: brazas de la tierra(brazas cuadradas); braza de leña(brazas cúbicas).
Problema número 10
"El abuelo Mazai y las liebres", 1870. Nikolay Alekseevich Nekrasov
"Un tronco nudoso pasó nadando,
Sentado, de pie y acostado en una capa,
Zaitsev escapó con una docena
"Yo te tomaría - ¡pero hundiría el bote!"
Sin embargo, es una lástima para ellos, pero es una lástima el hallazgo ...
Me enganché a una ramita con un gancho
Y arrastró el tronco detrás de él ... "
Explique por qué las liebres pudieron haber hundido el barco. ¿Qué se entiende por desplazamiento y capacidad de carga del buque? ¿Qué es la línea de flotación?
Para los curiosos: Línea del agua- esta es la línea a lo largo de la cual la superficie tranquila del agua entra en contacto con el casco de un barco u otro barco flotante. Existen diferentes tipos de línea de flotación (constructiva, calculada, operativa, de carga).
Línea de flotación de carga es de gran importancia práctica. Antes de que esta marca se hiciera obligatoria, muchos barcos se perdieron en las flotas del mundo. La principal razón de la pérdida de barcos es la sobrecarga debido al deseo de obtener ganancias adicionales del transporte, lo que se vio agravado por la diferencia en la densidad del agua (dependiendo de su temperatura y salinidad, el calado del barco puede variar significativamente). El primer precedente en la historia moderna es la Ley de líneas de carga británica (Load Waterline) de 1890, según la cual el francobordo mínimo permitido no fue establecido por el propietario del buque, sino por una agencia gubernamental.
Ilustraciones de Alexey Nikanorovich Komarov
al poema de Nikolai Alekseevich Nekrasov "El abuelo Mazai y las liebres"
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Komarov Alexey Nikanorovich(1879-1977) es considerado el fundador de la escuela animalista rusa. Alexey Nikanorovich Komarov ilustró libros científicos y para niños, creó dibujos para sellos, postales, ayudas visuales. Varias generaciones de niños han crecido aprendiendo de los libros de texto con sus maravillosos dibujos.
Problema número 11
¿Dónde está más la capacidad de carga de la misma barcaza, en agua de río o de mar?
Respuesta: La densidad del agua de río es menor que la del agua de mar, ya que la densidad del agua ordinaria es de 1000 kg / m 3 y la del agua salada es de 1030 kg / m 3. Esto significa que la fuerza de Arquímedes en el agua de mar será mayor. Es decir, en agua de mar, una barcaza puede levantar carga con mayor gravedad y no hundirse. Esto significa que la capacidad de carga de la misma barcaza en agua de mar es mayor.
Problema número 12
Los submarinos que navegan en los mares del norte a menudo están cubiertos con una gruesa capa de hielo mientras están en la superficie del agua. ¿Es más fácil o más difícil sumergir la embarcación bajo el agua en presencia de tal carga de hielo adicional?
Problema número 13
Para los submarinos, se establece una profundidad por debajo de la cual no deben hundirse. ¿Qué explica la existencia de tal límite?
Respuesta: Cuanto más profundo descienda el submarino, más presión experimentarán sus paredes. Dado que existe un límite para la resistencia de la estructura del barco, también existe un límite para la profundidad de su inmersión.
Para los curiosos:
¿Qué características de diseño tienen los submarinos?
En todas las armadas, los submarinos juegan un papel importante: buques de guerra capaces de sumergirse en el agua a una profundidad considerable (más de 100 metros) y moverse allí ocultos del enemigo.
Los submarinos deben poder salir a la superficie y sumergirse en el agua, así como nadar por debajo de la superficie del agua. Dado que el volumen de la embarcación permanece invariable en todos los casos, para poder realizar estas maniobras, la embarcación debe disponer de un dispositivo de cambio de peso. Este dispositivo consta de una serie de compartimentos de lastre en el casco de la embarcación, que, mediante dispositivos especiales, pueden llenarse con agua de mar (esto aumenta el peso de la embarcación y se hunde) o liberarse del agua (el peso de la embarcación disminuye y flota hacia arriba).
Tenga en cuenta que un pequeño exceso o falta de agua en los compartimentos de lastre es suficiente para que el barco se hunda hasta el fondo del mar o flote hasta la superficie del agua. A menudo sucede que en una determinada capa debajo del agua, la densidad del agua cambia rápidamente con la profundidad, aumentando de arriba hacia abajo. Cerca del nivel de dicha capa, el equilibrio del barco es estable. De hecho, si el barco, estando en este nivel, por alguna razón se sumerge un poco más profundo, entonces cae en un área de mayor densidad de agua. La fuerza de apoyo aumenta y el bote comenzará a flotar de regreso a su profundidad original. Si la embarcación se eleva por cualquier motivo, caerá en un área de menor densidad de agua, la fuerza de apoyo disminuirá y la embarcación volverá a su nivel original. Por lo tanto, los buzos llaman a tales capas " suelo líquido ": la embarcación puede "reposar" sobre ella, manteniendo el equilibrio indefinidamente, mientras que en un ambiente homogéneo esto no funciona, y para mantener una determinada profundidad, la embarcación debe cambiar constantemente la cantidad de lastre, sacando o desplazando agua de los compartimentos de lastre, o debe moverse todo el tiempo maniobrando los timones.
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Para los curiosos: Leninsky Komsomol, originalmente K-3 - el primer submarino nuclear soviético, proyecto 627. El submarino heredó el nombre "Leninsky Komsomol" del submarino diésel "M-106" de la Flota del Norte del mismo nombre, que se perdió en una de las campañas militares de 1943.
En julio de 1962, por primera vez en la historia de la Armada Soviética, realizó un largo viaje bajo el hielo del Océano Ártico, durante el cual pasó dos veces la punta del Polo Norte. Bajo mando Lev Mikhailovich Zhiltsov El 17 de julio de 1962, por primera vez en la historia de la flota de submarinos soviéticos, apareció cerca del Polo Norte. La tripulación del barco izó la bandera estatal de la URSS cerca del polo en el hielo del Ártico central.
En 1991 se retiró de la Flota del Norte. Después de una serie de días oscuros y una reconstrucción aún inconclusa, se decidió convertir el submarino "Leninsky Komsomol" en un museo. Dicen que ya buscan un lugar en el Neva para su eterno anclaje. Quizás será junto a la mítica "Aurora" ...
Problema número 14
Hombre anfibio, 1927. Alexander Romanovich Belyaev
“Los delfines en tierra son mucho más pesados que en el agua. En general, aquí todo es más difícil. Incluso mi propio cuerpo. Es más fácil vivir en el agua ... ... Y te hundes hasta el fondo ... Como si estuvieras nadando en el aire azul espeso. Tranquilo. No sientes tu cuerpo. Se vuelve libre, ligero, obediente a cada uno de tus movimientos ... "
¿Tiene razón el autor de la novela? Explica la respuesta.
Alexander Romanovich Belyaev(16.03.1884–06.01.1942) - Escritor de ciencia ficción soviético, uno de los fundadores de la literatura de ciencia ficción soviética. Entre sus novelas más famosas: "El jefe del profesor Dowell", "El hombre anfibio", "Ariel" ...
Si aún no lo has leído, te lo recomiendo ;-)
§ Recomiendo a los lectores de las páginas verdes un material biofísico muy entretenido e informativo que revela el velo del secreto sobre algunas de las peculiaridades de la organización de los delfines: propiedades anti-turbulentas de la piel y un sonar insuperable ... en la página verde "Secretos de un delfín".
Problema número 15
¿En qué agua y por qué es más fácil nadar: en el mar o en el río?
Respuesta: Es más fácil nadar en agua de mar, ya que un cuerpo sumergido en agua de mar tendrá una gran fuerza de flotación debido al hecho de que la densidad del agua de mar es mayor que la densidad del agua de río.
Problema número 16
¿Por qué en el agua podemos levantar fácilmente a nuestro camarada o una piedra bastante pesada en nuestros brazos?
Problema número 17
Una pieza de mármol pesa tanto como un peso de cobre. ¿Cuál de estos cuerpos es más fácil de mantener en el agua?
Respuesta: La densidad del mármol es menor que la densidad del cobre, por lo tanto, con la misma masa, el mármol tiene un mayor volumen, lo que significa que una gran fuerza de flotación actuará sobre él y es más fácil mantenerlo en agua que un peso de cobre.
Problema número 18
Caminar por la playa, sembrada de guijarros marinos, con los pies descalzos es doloroso. Y en el agua, habiéndose hundido más profundo que el cinturón, caminar sobre piedras pequeñas no duele. ¿Por qué?
Problema número 19
Al nadar en un río con fondo fangoso, puede notar que sus pies se atascan más en el fango en un lugar poco profundo que en uno profundo. Explicar por qué.
Respuesta: Al bucear más profundo, desplazamos un mayor volumen de agua. Según la ley de Arquímedes, en este caso, una gran fuerza de flotación actuará sobre nosotros.
Problema número 20
¿Por qué los zapatos de buceo están equipados con suelas de plomo pesadas?
Respuesta: Para aumentar el peso del buceador y darle mayor estabilidad mientras trabaja en el agua. Las pesadas suelas de plomo ayudan al buceador a superar la flotabilidad del agua.
Problema número 21
¿Por qué una botella de vidrio vacía flota en la superficie del agua, mientras que una botella llena de agua se hunde?
Respuesta: Una botella de vidrio vacía se sumerge en agua a una profundidad en la que el volumen de agua desplazada por gravedad es igual a la gravedad de la botella, que corresponde a la condición de los cuerpos que flotan en la superficie del agua. Si la botella se llena de agua, el volumen desplazado disminuirá y se hundirá.
Problema número 22
El ladrillo se hunde en el agua y el tronco de pino seco flota hacia arriba. ¿Significa esto que una gran fuerza de flotación está actuando sobre el tronco?
Problema número 23
"Death's Head", 1928. Alexander Romanovich Belyaev
Morel se levantó, pero el agua pronto le llegó a los tobillos y venía incesantemente. Decididamente, su balsa no flotaba. ¿Quizás se dio cuenta de algo? ¡Al menos un borde debe elevarse! ... la balsa todavía estaba en el fondo ...
- ¿Pero qué diablos es? - gritó Morel con irritación. Tomó un trozo de madera de hierro que estaba en la orilla, de donde estaba hecha la balsa, lo arrojó al agua e inmediatamente exclamó:
- ¿Hay todavía un burro como yo en el mundo? El muñón se hundió como una piedra. El árbol de hierro era demasiado pesado para flotar en el agua.
¡Dura lección! Morel agachó la cabeza y miró el río hirviente, en cuyas aguas estaba enterrado tanto esfuerzo y trabajo ".
¿Puede haber piedras que floten en el agua como madera y árboles, cuya madera se hunda en el agua como una piedra? ¿Dónde puedes encontrar rocas flotantes y dónde se hunde la madera? ¿Para qué se utilizan ambos?
Para los curiosos: Cuando la leche hierve, sube la espuma. Durante las erupciones volcánicas, también se forma espuma en la lava hirviendo, pero solo piedra. Congelando, esto espuma de piedra forma una piedra pómez... Es tan ligero que no se hunde en el agua. Como abrasivo se aplica piedra pómez para pulir metal y madera, pulir productos de piedra y también para la eliminación higiénica de la piel áspera de los pies. Los depósitos de piedra pómez se conocen desde la antigüedad en las islas Eolias en el mar Tirreno al norte de Sicilia. Se encuentran importantes depósitos de piedra pómez en Kamchatka y en el Transcaucasus (en Armenia cerca de Ereván). Madera de abedul Schmidt, temir-agach, saxaul tan denso y pesado que ahogándose en el agua. Saxaul crece en semidesiertos y desiertos de Asia; no es apto para la construcción, pero es un excelente combustible: saxaul está cerca del carbón en su contenido calórico.
El héroe de la historia de Alexander Belyaev, el profesor Joseph Morel, recibió un viaje científico a Brasil, y ... es muy posible que haya usado baúles para construir una balsa. cesalpinia iron (árbol de hierro brasileño) tal vez ... baúles árbol de guaiac (bakout)- cuya madera ahogándose en el agua.
Konstantin Georgievich Paustovsky
“Hay muchos lagos en los prados. Sus nombres son extraños y variados: Tish, Byk, Hotets, Romoina, Kanava, Staritsa, Muzga, Bobrovka, Selyanskoe Lake y, finalmente, Langobardskoe.
Robles de pantano negro se encuentran en el fondo de Hotz.
¿Qué es el roble de pantano y cuál es su densidad?
Para los curiosos: En la antigüedad, los majestuosos bosques de robles crecían a orillas del lago Hotts. De año en año, el agua erosionó y arrasó las orillas del lago, y los poderosos robles se sumergieron en agua (la densidad de la madera de un roble vivo (o recién cortado) es de 1020-1070 kg / m 3, y la densidad del agua es 1000 kg / m 3). Los robles se sumergieron en el agua, pasó el tiempo, la arena y el limo bañaron los troncos de los caudalosos robles con una capa de varios metros. Si la mayoría de los árboles en tales condiciones están condenados a una destrucción completa y fugaz, entonces el roble recién está comenzando su segunda vida. Después de unos cientos de años, alcanza una madurez deliciosa y galardonado con el título honorífico - manchado!
Esta durabilidad, así como el color inimitable del roble de pantano, se debe a las reacciones del tanino (ácido tánico) con agua que contiene sales metálicas (por ejemplo, hierro). Dependiendo de la cantidad de sales metálicas contenidas en el agua del lago o río y la cantidad de taninos contenidos en la madera, durante mucho tiempo (de 200 a 2000 años y más ...) hubo un color específico de madera de roble de pantano - en colores de impactante - ceniza- plateado con un tinte rosado azulado ... a un místico negro azulado con vetas violetas. El roble de pantano real o el roble de turba se encuentran generalmente al excavar lagos y marismas drenados. Se trata de una madera muy rara y cara, que a veces es tan resistente como el hierro.
En las descripciones históricas, puede encontrar el nombre del roble de pantano como "ébano" y "Árbol de hierro"... Es característico que en Rusia no existiera el concepto de "ebanista": los artesanos que trabajaban con madera de élite se llamaban "Blackwoods".
La madera de roble seco, preparado para el procesamiento, tiene una densidad bastante alta (750-850 kg / m 3) en comparación con el roble común (650-760 kg / m 3).
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Shishkin Ivan Ivanovich(25.01.1832–20.03.1898) - Pintor paisajista ruso, académico, profesor, jefe del taller de paisaje de la Academia Imperial de las Artes, uno de los miembros fundadores de la Asociación de Exposiciones de Arte Itinerantes.
Problema número 24
¿Por qué las burbujas de aire flotan rápidamente en el agua?
Respuesta: La fuerza de flotación que actúa sobre una burbuja de aire en el agua es muchas veces mayor que el peso de la propia burbuja (gas comprimido en la burbuja). Al elevarse, la burbuja entra en las capas de agua con menos presión, la burbuja se expande, la fuerza de apoyo aumenta y la velocidad de su flotación aumenta.
Problema número 25
¿En qué gases podría elevarse una pompa de jabón llena de helio?
Problema número 26
Si coloca una burbuja de jabón con aire en su interior en un recipiente abierto lleno de dióxido de carbono, la burbuja no se hunde hasta el fondo del recipiente. Explica el fenómeno.
Respuesta: Una pompa de jabón llena de aire flotará durante algún tiempo sobre la superficie invisible de dióxido de carbono del recipiente.
Problema número 27
El matraz, lleno de hidrógeno, se puso boca abajo. ¿Saldrá el hidrógeno del matraz?
Problema número 28
Explica por qué el volumen de hidrógeno en la envoltura del globo aumenta a medida que se eleva.
Antonio Carnicero(Antonio Carnicero; 1748-1814) - Artista español adherente al neoclasicismo.
Globo aerostático(fr. Montgolfiere) - un globo con un caparazón lleno de aire caliente. Nombre recibido por apellido los inventores de los hermanos Montgolf f - Joseph-Michel y Jacques-Etienne. El primer vuelo tuvo lugar en Francia en la ciudad de Annonay el 5 de junio de 1783.
21 de noviembre de 1783: una fecha importante en la historia de la aeronáutica(en 2013 también fue redondo - 230 años ;-) En este día, dos valientes franceses: Pilatre de Rozier y el Marqués de Arland hicieron un vuelo en un globo de los hermanos Montgolfier por primera vez en la historia.
Problema número 29
En cuyo caso, la fuerza de elevación de un globo de papel hecho en casa lleno de aire caliente es mayor: cuando los chicos lo lanzaron en el edificio de la escuela o en el patio de la escuela, ¿dónde estaba muy bien?
Respuesta: La fuerza de elevación del globo es igual a la diferencia entre el peso del aire en el volumen del globo y el peso del gas que llena el globo. Cuanto mayor sea la diferencia en las densidades de aire y gas que llenan la bola, mayor será la sustentación. Por tanto, la fuerza de elevación de la pelota es mayor en exteriores, donde el aire se calienta menos.
Problema número 30
¿Qué explica la presencia de la altura máxima ("techo") del globo, que no puede superar?
Respuesta: La disminución de la densidad del aire con la altura del globo se eleva.
Jacob Alt(Jacob Alt; 27/09 / 1798– 30/09/1872) - Paisajista, artista gráfico y litógrafo austriaco.
Problema número 31
Una sartén boca abajo flota en un recipiente con agua. ¿Cambiará el nivel del agua en la olla con la temperatura del aire alrededor de la olla? (Debe descuidarse la expansión térmica del agua, la cacerola y el recipiente).
Respuesta: El nivel del agua en el recipiente no cambiará. Dado que el peso del contenido en el recipiente no cambiará con un cambio en la temperatura del aire que rodea la olla, la fuerza de la presión del agua en el fondo del recipiente tampoco cambiará.
Problema número 32
¿Por qué es imposible apagar el queroseno en llamas vertiendo agua sobre él? ¿Cómo debes guisar?
Respuesta: El agua bajará y no bloqueará el acceso del aire (oxígeno requerido para la combustión) al queroseno.
Problema número 33
Una botella contiene aceite vegetal y vinagre. ¿Cómo se puede verter alguno de estos líquidos de una botella?
Respuesta: El aceite flota sobre el vinagre. Para verter aceite, solo necesita inclinar la botella. Para verter el vinagre, debe cerrar la botella con un corcho, darle la vuelta y luego abrir el corcho lo suficiente para verter la cantidad requerida de vinagre.
Problema número 34
Un lactómetro, un dispositivo para determinar el contenido de grasa de la leche, es un tubo de vidrio sellado que flota en un líquido en posición vertical debido a un peso colocado en su parte inferior. Las marcas en el tubo indican el contenido de grasa de la leche. ¿En qué leche, la leche entera o la leche desnatada (menos grasa), debería sumergirse más profundamente el lactómetro? ¿Por qué?
Respuesta: El lactómetro se sumerge más profundamente en leche entera. La densidad de la leche más grasa es menor.
Problema número 35
En la superficie del agua flota en un balde medio litro de aceite vegetal. ¿Cómo se recolecta la mayor parte del aceite en una botella sin herramientas ni cubos?
Respuesta: La botella se llena con agua, se cierra con un dedo, se pone boca abajo y se baja por el cuello hasta formar una capa de aceite. Si quita el dedo, el agua saldrá de la botella y el aceite entrará en la botella en su lugar. También puede bajar la botella vacía en posición vertical en el agua para que el borde del cuello esté al nivel del aceite.
Problema número 36
Para limpiar las semillas de centeno de los cuernos de cornezuelo venenosos, las semillas se sumergen en una solución acuosa al veinte por ciento de cloruro de sodio. Los cuernos del cornezuelo de centeno flotan hacia arriba y el centeno permanece en el fondo. ¿Qué indica esto?
Respuesta: La densidad de los cuernos de cornezuelo venenosos es menor y la densidad del grano es mayor que la densidad de la solución.
Problema número 37
Se vertió una solución fuerte de cloruro de sodio en el recipiente y se vertió cuidadosamente agua pura encima. Si se coloca un huevo de gallina crudo en un recipiente, se pegará al borde entre la solución y el agua limpia. Explica el fenómeno.
Respuesta: La densidad del agua pura es menor que la densidad promedio de un huevo, por lo que se ahoga en ella. La densidad de la solución de cloruro de sodio es mayor que la densidad del huevo, por lo que flota en ella.
Problema número 38
Toma un platillo y bájalo al agua con un borde, se hunde. Si el platillo se baja suavemente al agua con su fondo, flota en la superficie. ¿Por qué?
Respuesta: La porcelana o loza tiene una densidad más alta que el agua, por lo que cuando se baja el platillo con un borde, se hunde. Cuando el platillo se baja al fondo del agua, se sumerge en agua a una profundidad tal que el volumen de agua desplazada por gravedad es igual a la gravedad del platillo, que corresponde a la condición de los cuerpos que flotan en el agua. superficie.
Problema número 39
En las copas de escamas de hombros iguales, hay dos vasos idénticos, llenos hasta el borde con agua. Un bloque de madera flota en un vaso. ¿Cuál es la posición de la balanza?
Respuesta: En balance.
Problema número 40
Dos pesos idénticos están suspendidos de los extremos de la palanca de brazos iguales. ¿Qué sucede si se coloca un peso en agua y el otro en queroseno?
Respuesta: El equilibrio se verá afectado.
Problema número 41
En la barra de equilibrio, las bolas de latón y vidrio están equilibradas. ¿Se alterará el equilibrio si el dispositivo se coloca en un espacio sin aire (dióxido de carbono, agua)?
Respuesta: En el vacío, descenderá una bola de vidrio, latón en dióxido de carbono y agua.
Problema número 42
¿Qué material debería usarse para hacer las pesas de modo que durante un pesaje preciso sea posible no corregir la pérdida de peso en el aire?
Respuesta: Las pesas deben ser del mismo material que el cuerpo a pesar.
Problema número 43
¿Estará el agua al mismo nivel en los vasos comunicantes si una cuchara de madera flota en su superficie en uno de los vasos?
Respuesta: Dado que una cuchara de madera está en equilibrio sobre la superficie del agua, su peso es igual al peso del agua desplazada por ella. Por lo tanto, si la cuchara fuera reemplazada por agua, ocuparía un volumen igual al volumen de la parte sumergida de la cuchara y el nivel del agua no cambiaría. En consecuencia, el agua en los vasos comunicantes estará al mismo nivel.
Problema número 44
Una enorme bola de hielo se congela en el fondo de un recipiente con agua. ¿Cómo cambiará el nivel del agua en el recipiente cuando el hielo se derrita? ¿Cambiará esto la fuerza de la presión del agua en el fondo del recipiente?
Respuesta: Bajará; va a disminuir. La densidad del hielo es menor que la densidad del agua, por lo tanto, el volumen de una bola de hielo es mayor que el volumen de agua que se forma a partir de esta bola. Por lo tanto, se deduce que el nivel del agua en el recipiente disminuirá.
Problema número 45
Un trozo de hielo flota en un vaso lleno hasta el borde con agua. ¿Se desbordará el agua cuando el hielo se derrita? ¿Qué sucede si el vaso no contiene agua, pero: 1) el líquido es más denso (por ejemplo, agua muy salada), 2) el líquido es menos denso (por ejemplo, queroseno)?
Respuesta: Según la ley de Arquímedes, el peso del hielo flotante es igual al peso del agua desplazada por él. Por lo tanto, el volumen de agua que se forma cuando el hielo se derrite será exactamente igual al volumen de agua desplazado por él, y el nivel del agua en el vaso no cambiará. Si hay un líquido en el vaso que es más denso que el agua, entonces el volumen de agua formado después de que el hielo se haya derretido será mayor que el volumen de líquido desplazado por el hielo, y el agua se desbordará. Por el contrario, en el caso de un líquido menos denso, después de que el hielo se haya derretido, el nivel disminuirá.
Problema número 46
Un trozo de hielo con una bola de acero congelada flota en un recipiente con agua. ¿Cambiará el nivel del agua en el recipiente cuando se derrita el hielo? Proporcione una explicación detallada.
Respuesta: Bajará. Un trozo de hielo con una bola de acero pesa más que un trozo de hielo del mismo volumen, por lo tanto, se sumerge en agua más profunda que un trozo de hielo limpio, y desplaza un volumen de agua mayor que el que ocuparía el el agua se formó cuando el hielo se derritió. Cuando el hielo se derrita, el nivel del agua bajará. En este caso, la bola caerá al fondo, pero su volumen seguirá siendo el mismo y no cambiará directamente el nivel del agua.
Problema número 47
En un recipiente con agua flota un trozo de hielo en el que hay una burbuja de aire. ¿Cambiará el nivel del agua en el recipiente cuando se derrita el hielo?
Respuesta: En presencia de una burbuja de aire, el hielo pesa menos que un trozo sólido de hielo del mismo volumen y, por lo tanto, se sumerge en agua a una profundidad menor. Sin embargo, dado que se puede despreciar el peso del aire, el nivel del agua en el recipiente no cambiará.
Problema número 48
Un bloque de hielo flota en un recipiente con agua. ¿Cómo cambiará la profundidad de inmersión de una barra en agua si se vierte queroseno sobre el agua?
Respuesta: Va a disminuir. Con la adición de queroseno encima del agua, aumenta la presión en el borde inferior de la barra.
Problema número 49
En un recipiente con agua, flota un bloque de hielo sobre el que descansa una bola de madera. La densidad de la pelota es menor que la densidad del agua. ¿Cambiará el nivel del agua en el recipiente si el hielo se derrite?
Respuesta: No cambiará. Un bloque de hielo y una bola flotan en oda. Esto significa que desplazan tanta agua como se pesan. Dado que una vez que el hielo se ha derretido, el peso del contenido en el recipiente no cambiará, ya que la fuerza de la presión del agua en el fondo del recipiente tampoco cambiará. Esto significa que el nivel del agua en el recipiente seguirá siendo el mismo.
Problema número 50
La densidad de un cuerpo se determina pesándolo en aire y agua. Cuando un cuerpo pequeño se sumerge en agua, las burbujas de aire se retienen en su superficie, por lo que se obtiene un error en la determinación de la densidad. ¿La densidad es mayor o menor?
Respuesta: Las burbujas de aire adheridas aumentan ligeramente el peso corporal, pero aumentan significativamente su volumen. Por tanto, el valor de densidad es menor.
Problema número 51
Explicar la esencia del trabajo de los tanques de sedimentación de agua. ¿Por qué la sedimentación del agua conduce a la purificación del agua a partir de sustancias insolubles en ella? Pero, ¿qué pasa con las impurezas solubles?
Respuesta: Cada partícula del agua está sujeta a la gravedad y a una fuerza de Arquímedes. Si el primero de ellos es mayor que el segundo, entonces, bajo la acción de la partícula resultante, se hunde hasta el fondo, entonces el agua después de la sedimentación se vuelve potable.
Problema número 52
Aristóteles, científico griego antiguo Para probar la ingravidez del aire, pesó una bolsa de cuero vacía y la misma bolsa llena de aire. En ambos casos, las lecturas del saldo fueron las mismas. ¿Por qué la conclusión de Aristóteles de que el aire no tiene peso es incorrecta?
Respuesta: Porque el peso de la bolsa de aire aumentó tanto como aumentó la flotabilidad del aire que actúa sobre la bolsa inflada. Para probar el peso del aire, sería suficiente bombear aire fuera de un recipiente o bombearlo a un recipiente fuerte.
Aristóteles(384 a. C. - 322 a. C.) - filósofo griego antiguo. Estudiante Platón... Desde el 343 a.C. NS. - mentor Alejandro el Grande... El más influyente de los dialécticos de la antigüedad; fundador de la lógica formal... Aristóteles desarrolló muchas teorías e hipótesis físicas basadas en el conocimiento de la época. En realidad yo mismo el término "física" fue introducido por Aristóteles.
Rembrandt Harmenszoon van Rijn(Rembrandt Harmenszoon van Rijn; 1606-1669) - Pintor, dibujante y grabador holandés, el gran maestro del claroscuro, el mayor representante de la edad de oro de la pintura holandesa.
Problema número 53
En condiciones terrestres, se utilizan varios métodos para entrenar y probar cosmonautas en un estado de ingravidez. Uno de ellos es el siguiente: un hombre con un traje espacial especial se sumerge en un charco de agua, en el que no se ahoga ni flota. ¿En qué condiciones es esto posible?
Respuesta: Esto es posible siempre que la fuerza de gravedad que actúa sobre una persona en traje espacial esté equilibrada por la fuerza de Arquímedes.
Problema número 54
¿Qué conclusión se puede sacar sobre la magnitud de la fuerza de Arquímedes al realizar experimentos apropiados en la Luna, donde la fuerza de gravedad es seis veces menor que en la Tierra?
Respuesta: Lo mismo que en la Tierra: una fuerza de flotación (fuerza de Arquímedes) actúa sobre un cuerpo sumergido en un líquido (o gas), igual al peso del líquido (o gas) desplazado por este cuerpo.
Problema número 55
¿Se hundirá una llave de acero en agua en gravedad cero, por ejemplo, a bordo de una estación orbital, dentro de la cual se mantiene la presión atmosférica normal?
Respuesta: La llave se puede ubicar en cualquier punto del líquido, ya que en condiciones de gravedad cero ni la gravedad ni la fuerza de Arquímedes actúan sobre la llave.
Cuento legendario de la tarea de Arquímedes con la corona de oro
Arquímedes(287 aC - 212 aC) - Antiguo matemático, físico e ingeniero griego de Siracusa. Hizo muchos descubrimientos en geometría. Él sentó las bases de la mecánica, la hidrostática, autor de varios inventos importantes.
Domenico Fetti(c. 1589-1623) - Artista italiano de la época barroca.
Arquímedes pensativo
Domenico Fetti
1620 año
Cuento legendario de la tarea de Arquímedes con la corona de oro transmitido en varias versiones. El arquitecto romano Vitruvio, informando sobre los descubrimientos de varios científicos que lo asombraron, cuenta la siguiente historia:
“En lo que respecta a Arquímedes, de todos sus muchos y variados descubrimientos, el descubrimiento del que les hablaré me parece que ha sido realizado con un ingenio ilimitado.
Durante su reinado en Siracusa, Hierón, después de completar con éxito todas sus actividades, hizo el voto de donar una corona de oro a los dioses inmortales en algún templo. Estuvo de acuerdo con el maestro sobre un alto precio por el trabajo y le dio la cantidad requerida de oro por peso. El día señalado, el maestro llevó su obra al rey, quien la encontró perfectamente ejecutada; después de pesarla, se encontró que la corona correspondía al peso de oro emitido.
Después de eso, se denunció que una parte del oro se había quitado de la corona y se mezcló la misma cantidad de plata en su lugar. Hierón estaba enojado por haber sido engañado y, al no encontrar una manera de detectar este robo, le pidió a Arquímedes que lo pensara detenidamente. Él, inmerso en pensamientos sobre este tema, de alguna manera llegó accidentalmente a la casa de baños y allí, hundiéndose en la bañera, notó que de ella salía tal cantidad de agua, que era el volumen de su cuerpo sumergido en la bañera. Habiendo averiguado el valor de este hecho, él, sin dudarlo, saltó del baño con alegría, corrió a casa desnudo y en voz alta informó a todos que había encontrado lo que buscaba. Corrió y gritó lo mismo en griego: "Eureka, eureka" (¡Encontrado, encontrado!) ".
Luego, a partir de su descubrimiento, se dice que hizo dos lingotes, cada uno del mismo peso que la corona, uno de oro y el otro de plata. Habiendo hecho esto, llenó el recipiente hasta los bordes y metió un lingote de plata en él, y ... la cantidad correspondiente de agua salió. Sacando el lingote, vertió la misma cantidad de agua en el recipiente ..., midiendo el agua vertida sextario de modo que, como antes, la vasija se llena de agua hasta el borde. Entonces encontró qué peso de plata corresponde a qué cierto volumen de agua.
Habiendo realizado tal estudio, de la misma manera bajó el lingote de oro ..., y, agregando la cantidad de agua derramada con la misma medida, sextantes agua, cuanto menos volumen toma el lingote ”.
Luego, se determinó el volumen de corona por el mismo método. Desplazó más agua que una barra de oro y se comprobó el robo.
Sextarius- Medida romana de volumen, igual a 0,547 litros
Sextanes- Medida romana de masa igual a 54,6 g(1 sextante = 2 onzas; 1 sextante de peso = 0,53508 N)
Y ahora, atención, pregunta: ¿Es posible, utilizando el método de Arquímedes, calcular la cantidad de oro reemplazado en la corona por plata?
Respuesta: Según los datos que Arquímedes tenía a su disposición, solo tenía derecho a afirmar que la corona no era puramente de oro. Pero para establecer exactamente cuánto oro ocultó el maestro y reemplazó con plata, Arquímedes no pudo. Esto sería posible si el volumen de una aleación de oro y plata fuera estrictamente igual a la suma de los volúmenes de sus partes constituyentes. De hecho, solo unas pocas aleaciones tienen esta propiedad. En cuanto al volumen de la aleación de oro y plata, es menor que la suma de los volúmenes de los metales incluidos en ella. En otras palabras, la densidad de dicha aleación es mayor que la densidad obtenida como resultado del cálculo de acuerdo con las simples reglas de mezcla. Otro asunto sería si el oro no fuera reemplazado por plata, sino por cobre: el volumen de una aleación de oro con cobre es exactamente igual a la suma de los volúmenes de sus partes constituyentes. En este caso, el método de Arquímedes descrito en la historia anterior da un resultado inconfundible.
Muy a menudo, esta historia se asocia con el descubrimiento de la ley de Arquímedes, aunque se refiere a la forma en que determinación del volumen de cuerpos de forma irregular y métodos determinación de la gravedad específica de los cuerpos midiendo su volumen por inmersión en un líquido.
Te deseo éxito en tu decisión independiente.
problemas de calidad en física!
Literatura:
§ Katz Ts.B. Biofísica en lecciones de física
Moscú: Editorial "Educación", 1988
§ Zhytomyr S.V. Arquímedes
Moscú: Editorial "Educación", 1981
§ Gorev L.A. Entretenidos experimentos de física.
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§ Lukashik V.I. Olimpiada de física
Moscú: Editorial "Educación", 1987
§ Perelman Ya.I. ¿Sabes física?
Domodedovo: editorial "VAP", 1994
§ Tulchinsky M.E. Problemas de física cualitativa
Moscú: Editorial "Educación", 1972
§ Erdavletov S.R., Rutkovsky O.O. Entretenida geografía de Kazajstán
Alma-Ata: editorial Mektep, 1989.
En la cuarta tarea del Examen de Estado Unificado en física, probamos el conocimiento de los vasos comunicantes, la fuerza de Arquímedes, la ley de Pascal y los momentos de las fuerzas.
Teoría para la tarea número 4 del examen de física.
Momento de poder
Un momento de poder Se denomina cantidad a la que caracteriza la acción rotacional de una fuerza sobre un sólido. El momento de fuerza es igual al producto de la fuerza F A una distancia h desde el eje (o centro) hasta el punto de aplicación de esta fuerza y es uno de los principales conceptos de la dinámica: METRO 0 = Fh.
Distanciah generalmente se le llama el hombro de la fuerza.
En muchos problemas de este apartado de la mecánica se aplica la regla de los momentos de las fuerzas que se aplican a un cuerpo, convencionalmente considerado una palanca. Condición de equilibrio de la palanca F 1 / F 2 = l 2 / l 1 Puede utilizarse incluso si se aplican más de dos fuerzas a la palanca. En este caso, se determina la suma de todos los momentos de fuerzas.
La ley de los vasos comunicantes
Según la ley de vasos comunicantes en vasos comunicantes abiertos de cualquier tipo, la presión del fluido en cada nivel es la misma.
Al mismo tiempo, se compara la presión de los pilares sobre el nivel del líquido en cada recipiente. La presión está determinada por la fórmula: p = ρgh. Si equiparamos las presiones de las columnas de líquidos, obtenemos la igualdad: ρ 1 gh 1 = ρ 2 gh 2... Esto implica la relación: ρ 1 h 1 = ρ 2 h 2, o ρ 1 / ρ 2 = h 2 / h 1. Esto significa que las alturas de los pilares de líquidos son inversamente proporcionales a la densidad de las sustancias.
La fuerza de Arquímedes
La fuerza de Arquímedes, o fuerza de empuje, ocurre cuando un cuerpo sólido se sumerge en un líquido o gas. El líquido o el gas se esfuerza por ocupar el lugar que les "quitaron", por lo que lo expulsan. La fuerza de Arquímedes actúa solo en aquellos casos en que la fuerza de gravedad actúa sobre el cuerpo. mg
El poder de Arquímedes se denota tradicionalmente como F UNA.
Análisis de opciones típicas para las tareas n. ° 4 del examen de física.
Versión demo 2018
Algoritmo de solución:
- Recuerda la regla de los momentos.
- Encuentre el momento de fuerza creado por la carga 1.
- Encuentre el hombro de fuerza que creará la carga 2 cuando esté suspendida. Encontramos su momento de poder.
- Igualamos los momentos de fuerzas y determinamos el valor deseado de la masa.
- Escribimos la respuesta.
Solución:
La primera variante de la asignación (Demidova, No. 1)
El momento de fuerza que actúa sobre la palanca de la izquierda es de 75 N ∙ m. ¿Qué fuerza se debe aplicar a la palanca de la derecha para que esté en equilibrio si su hombro mide 0.5 m?
Algoritmo de solución:
- Introducimos las designaciones para las cantidades dadas en la condición.
- Escribimos la regla de los momentos de fuerza.
- Expresamos fuerza a través del momento y el hombro. Calculamos.
- Escribimos la respuesta.
Solución:
- Para equilibrar la palanca, se le aplican los momentos de las fuerzas M 1 y M 2, aplicados a la izquierda y a la derecha. El momento de fuerza a la izquierda por condición es igual a M 1 = 75 N ∙ m. El hombro de fuerza de la derecha es l = 0,5 m.
- Dado que se requiere que la palanca esté en equilibrio, entonces de acuerdo con la regla de los momentos M 1 = M 2... En la medida en METRO 1 =F· l, entonces tenemos: M 2 =F∙ l.
- A partir de la igualdad obtenida, expresamos la fuerza: F= M 2 /l= 75 / 0,5 = 150 N.
La segunda variante de la tarea (Demidova, no. 4)
La fuerza de Arquímedes, o fuerza de empuje, ocurre cuando un cuerpo sólido se sumerge en un líquido o gas. El líquido o el gas se esfuerza por ocupar el lugar que les "quitaron", por lo que lo expulsan. La fuerza de Arquímedes actúa solo cuando la gravedad actúa sobre el cuerpo. mg... En gravedad cero, esta fuerza no surge.
Tensión del hilo T ocurre cuando se estira el hilo. No depende de la presencia de gravedad.
Si varias fuerzas actúan sobre un cuerpo, al estudiar su movimiento o estado de equilibrio, se considera la resultante de estas fuerzas.
Algoritmo de solución:
- Traducimos los datos de la condición al SI. Ingresamos el valor tabular de la densidad del agua necesaria para la solución.
- Analizamos el estado del problema, determinamos la presión de los líquidos en cada recipiente.
- Escribimos la ecuación de la ley de los vasos comunicantes.
- Escribimos la respuesta.
Solución:
La tercera variante de la asignación (Demidova, n. ° 20)
Algoritmo de solución:
- Analizamos el estado del problema, determinamos la presión de los líquidos en cada recipiente.
- Escribimos la igualdad de la ley de los vasos comunicantes.
- Sustituya los valores numéricos de las cantidades y calcule la densidad deseada.
- Escribimos la respuesta.
En el transcurso de esta lección, se establece experimentalmente de qué depende y de qué no depende la magnitud de la fuerza de flotación que surge cuando el cuerpo se sumerge en un líquido.
El antiguo científico griego Arquímedes (Fig. 1) se hizo famoso por sus numerosos descubrimientos.
Arroz. 1. Arquímedes (287-212 a. C.)
Fue él quien primero descubrió, explicó y fue capaz de calcular la fuerza de flotabilidad. En la última lección, descubrimos que esta fuerza actúa sobre cualquier cuerpo sumergido en un líquido o gas (Fig. 2).
Arroz. 2. Fortaleza de Arquímedes
En honor a Arquímedes, este poder también se llama poder de Arquímedes. Por cálculo, hemos obtenido una fórmula para calcular esta fuerza. En esta lección, usaremos un método experimental para averiguar de qué factores depende la fuerza de flotabilidad y de qué factores no depende.
Para el experimento, usaremos cuerpos de varios volúmenes, un recipiente con líquido y un dinamómetro.
Colocamos un peso de un volumen más pequeño en el dinamómetro y medimos el peso de este peso primero en el aire: y luego bajando el peso en el líquido :. Al mismo tiempo, se puede ver que la cantidad de deformación del resorte después de bajar la carga al líquido prácticamente no cambió. Esto sugiere que la fuerza de flotación que actúa sobre la carga es pequeña.
Fig 3. Experimente con un pequeño volumen de carga.
Ahora colocamos un peso más grande en el resorte del dinamómetro y lo sumergimos en líquido. Veremos que la deformación del resorte ha disminuido de manera más significativa.
Esto sucedió debido al hecho de que la magnitud de la fuerza de flotación se hizo mayor.
Fig 4. Experimente con una carga más grande
Se puede sacar una conclusión intermedia del resultado de este experimento.
Cuanto mayor sea el volumen de la parte del cuerpo sumergida en el líquido, mayor será la fuerza de flotación que actúa sobre el cuerpo.
Tomemos dos cuerpos del mismo volumen, pero hechos de diferentes materiales. Esto significa que tienen diferentes densidades. Primero, suspendemos un peso en el dinamómetro y lo introducimos en el líquido. A partir del cambio en las lecturas del dinamómetro, encontramos la fuerza de flotabilidad.
Arroz. 5 Experimente con el primer peso
Luego realizaremos la misma operación con el segundo peso.
Arroz. 6 Experimente con el segundo peso
Aunque los pesos del primer y segundo pesos son diferentes, cuando se sumergen en un líquido, las lecturas del dinamómetro disminuirán en la misma cantidad.
Esto significa que en ambos casos el valor de flotabilidad es el mismo, aunque los pesos están hechos de diferentes materiales.
Por tanto, se puede sacar una conclusión intermedia más.
La magnitud de la fuerza de flotación no depende de la densidad de los cuerpos sumergidos en un líquido.
Colocamos el peso en el resorte del dinamómetro y lo sumergimos en el agua para que quede completamente sumergido en el líquido. Observemos las lecturas del dinamómetro. Ahora vertiremos lentamente el líquido en el recipiente. Notaremos que las lecturas del dinamómetro permanecen prácticamente sin cambios. 
... Esto significa que la fuerza de flotabilidad tampoco cambia.
Arroz. 7 Experimento # 3
Tercera conclusión intermedia.
La magnitud de la fuerza de flotación no depende de la altura de la columna de líquido sobre el cuerpo sumergido en el líquido.
Adjuntamos el peso al resorte del dinamómetro. Al darse cuenta de las lecturas del dinamómetro cuando el cuerpo está en el aire :, sumerja el cuerpo primero en agua: y luego en aceite: 
... Por el cambio en las lecturas del dinamómetro, se puede juzgar que la fuerza de flotación que actúa sobre un cuerpo en el agua es mayor que la fuerza de flotación que actúa sobre el mismo cuerpo en el aceite.
Arroz. 8 Experimento No. 4
Tenga en cuenta que la densidad del agua es igual y la densidad del aceite es menor y es única. Esto lleva a la siguiente conclusión.
Cuanto mayor sea la densidad del líquido en el que se sumerge el cuerpo, mayor será la fuerza de flotación que actúa sobre el cuerpo desde el lado de este líquido.
Entonces, resumiendo los resultados de los experimentos realizados, podemos concluir que la magnitud de la fuerza de flotabilidad
depende:
1) sobre la densidad del líquido;
2) del volumen de la parte sumergida del cuerpo;
no depende:
1) sobre la densidad del cuerpo;
2) sobre la forma del cuerpo;
3) desde la altura de la columna de líquido por encima del cuerpo;
Los resultados obtenidos están totalmente de acuerdo con la fórmula del valor de flotabilidad obtenido en la lección anterior:
Además de la aceleración de la gravedad, esta fórmula incluye solo dos cantidades que describen las condiciones de los experimentos: la densidad del líquido y el volumen de la parte sumergida del cuerpo.
Bibliografía
- A.V. Peryshkin Física. 7 cl. - 14ª ed., Estereotipo. - M.: Avutarda, 2010.
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- Portal de Internet "eduspb.com" ()
- Portal de Internet "class-fizika.narod.ru" ()
- Portal de Internet "krugosvet.ru" ()
Tarea
- ¿Qué es la flotabilidad? Escribe la fórmula para ello.
- Se colocó un cubo de cierto volumen en agua. ¿Cómo cambiará la fuerza de flotación que actúa sobre el cubo si su volumen se reduce 2 veces?
- Se colocaron cuerpos idénticos en diferentes líquidos: uno se colocó en aceite y el otro en agua. ¿En qué caso será mayor la fuerza de flotación que actúa sobre los cuerpos?
¿Qué necesitas para aprobar el USE en física con una puntuación alta? Resuelve más problemas y escucha los consejos de un profesor experimentado. Te ayudaremos con el primero y el segundo. Andrey Alekseevich está considerando un problema de mecánica.
Tarea número 28
La tarea:
Un bloque de madera flota sobre la superficie del agua en un recipiente determinado. El contenedor descansa sobre la superficie de la Tierra. ¿Qué sucede con la profundidad de inmersión de la barra en agua si el cuenco está en el piso del elevador, que se mueve con aceleración dirigida verticalmente hacia arriba? Explica la respuesta usando leyes físicas.
Solución:
Consideremos varios aspectos de esta tarea.
1) Si una barra flota en la superficie del agua, significa que una fuerza está actuando sobre ella, que se llama por el poder de Arquímedes... En nuestro caso, la barra simplemente flota y no se hunde, lo que significa que en nuestro caso la fuerza de Arquímedes es tan grande que sostiene la barra en la superficie del agua. Numéricamente, esta fuerza será igual en valor absoluto al peso del agua desplazada por la barra. Esto se sigue de la definición de la fuerza de Arquímedes.
2) Según la condición del problema, primero la barra, el agua y el recipiente están en reposo con respecto a la Tierra. Esto significa que la fuerza de Arquímedes equilibra la fuerza de gravedad que actúa sobre la barra flotante. En este caso, la masa de la barra y la masa del agua desplazada por ella son iguales.
3) Además, según la condición, la barra, el agua y el recipiente están en reposo entre sí y juntos se mueven hacia arriba en el ascensor con aceleración con respecto a la Tierra. Resulta que la misma fuerza de Arquímedes, junto con la fuerza de la gravedad, imparte la misma aceleración tanto a la barra flotante como al agua en el volumen desplazado por la barra, lo que conduce a la relación:
Resulta que la suma de la aceleración es la misma tanto para la barra como para el agua desplazada por ella. Por lo tanto, concluimos que cuando se mueve con respecto a la Tierra con aceleración, la masa de la barra y la masa del agua desplazada por ella son las mismas. Dado que la masa de la barra en la primera condición (estado de reposo con respecto a la Tierra) y en la segunda condición (movimiento ascendente acelerado) es la misma, la masa del agua desplazada por ella en ambos casos será la misma.
4) Una adición más. El agua en condiciones normales es prácticamente incompresible, por lo tanto, la densidad del agua en ambos casos, la tomamos igual.
Con base en nuestro razonamiento, concluimos que cuando se mueve hacia arriba, el volumen del agua desplazada no cambia y la profundidad de inmersión de la barra en el agua del ascensor permanecerá sin cambios.
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