Natuurwetenschap is zo menselijk, zo waar,
dat ik iedereen die zich aan hem geeft veel geluk wens...
Johann Wolfgang van Goethe

We zijn Archimedes de basis verschuldigd van de doctrine van het evenwicht van vloeistoffen.
Joseph Louis Lagrange

DOOS MET KWALITATIEVE TAKEN IN DE FYSICA
ARCHIMEDE'S KRACHT

Didactisch materiaal over natuurkunde voor leerlingen en hun ouders ;-) en natuurlijk voor creatieve leerkrachten.
Voor wie houdt van leren!

Ik breng onder uw aandacht 55 kwaliteitstaken in de natuurkunde over het onderwerp: "Archimedische kracht". Laten we de integratie de eer geven: in de eerste regels... biofysisch materiaal; volgens de traditie van groene pagina's, zullen we niet negeren fictie En illustratief materiaal;-) en begeleid de taken ook met informatieve notities en opmerkingen - voor de nieuwsgierigen, zullen we gedetailleerde antwoorden geven op enkele problemen.
En meer ;-) legendarisch verhaal over de uitdaging van Archimedes met de gouden kroon.

Taak 1
De meeste algen (bijvoorbeeld spirogyra, kelp, etc.) hebben dunne, flexibele stengels. Waarom hebben algen geen sterke, harde stelen nodig? Wat gebeurt er met algen als je water laat ontsnappen uit het reservoir waarin ze zich bevinden?

Voor de nieuwsgierigen: Veel waterplanten blijven rechtop staan, ondanks de extreme flexibiliteit van hun stelen, omdat aan de uiteinden van hun takken grote luchtbellen zijn ingesloten die de rol van drijvers spelen.
waterkastanje chili. Nieuwsgierige waterplant chilim (waterkastanje) groeit in de binnenwateren van de Wolga, in meren en estuaria. De vruchten (waternoten) bereiken een diameter van 3 cm en hebben een vorm die lijkt op een zeeanker met of zonder een paar scherpe hoorns. Dit "anker" dient om de jonge ontkiemende plant op een geschikte plaats te houden. Wanneer de chilim vervaagt, beginnen zich onder water zware vruchten te vormen. Ze zouden de plant kunnen verdrinken, maar net op dat moment op de bladstelen er ontstaan ​​zwellingen - een soort "reddingsgordels". Zo neemt het volume van het onderwatergedeelte van de planten toe, en bijgevolg neemt de opwaartse kracht toe. Hierdoor wordt een evenwicht bereikt tussen het gewicht van de vrucht en de opwaartse kracht die door de zwelling wordt gegenereerd.

Otto Wilhelm Thome(Otto Wilhelm Thome; 1840-1925) was een Duitse botanicus en illustrator. Auteur van een verzameling botanische illustraties "Flora van Duitsland, Oostenrijk en Zwitserland (Flora von Deutschland, Österreich und der Schweiz)", 1885

§ Voor bloemenkwekers raad ik je aan om de bloemenportretten op de groene pagina "Reinagle George Philip (botanische illustraties)" te bewonderen.

Taak #2
Bij zoogdieren die op het land leven, zijn sterke ledematen aangepast voor beweging, maar bij zeezoogdieren (walvissen, dolfijnen) zijn vinnen en een staart voldoende voor beweging. Leg uit waarom.

Antwoord: Archimedische kracht is een belangrijke natuurlijke factor die de structuur van het skelet van zeezoogdieren bepaalt. Aangezien een drijvende kracht (Archimedische kracht) inwerkt op een wezen dat in water leeft, is zijn gewicht in vloeistof kleiner dan in lucht door de waarde van deze kracht. Dus een "lichte" walvis in het water, een dolfijn, heeft geen sterke ledematen nodig om te bewegen, hiervoor hebben ze voldoende vinnen en een staart.

Taak #3
Welke rol speelt de zwemblaas bij vissen?

Voor de nieuwsgierigen: De dichtheid van levende organismen die in het watermilieu leven, verschilt weinig van de dichtheid van water, dus hun gewicht wordt bijna volledig in evenwicht gehouden door de Archimedische kracht. Hierdoor hebben waterdieren niet zulke massieve skeletten nodig als terrestrische. De rol van de zwemblaas bij vissen is interessant. Dit is het enige lichaamsdeel van de vis dat merkbare samendrukbaarheid heeft; Door in de bel te knijpen met de inspanningen van de borst- en buikspieren, verandert de vis het volume van zijn lichaam en daarmee de gemiddelde dichtheid, waardoor hij de diepte van zijn duiken binnen bepaalde grenzen kan regelen.

Taak #4
Hoe regelt een walvis zijn duikdiepte?

Antwoord: Walvissen reguleren hun duikdiepte door hun longcapaciteit te vergroten en te verkleinen.

Archibald Thorburn(Archibald Thorburn; 31/05/1860 - 10/09/1935) - Schotse illustrator.

§ Voor liefhebbers van animalisme raad ik aan om op de groene pagina "Mystery Paintings by Artist Stephen Gardner" te kijken en de staarten van walvissen te tellen ;-)

Taak #5
Hoewel de walvis in water leeft, ademt hij met de longen. Ondanks de aanwezigheid van longen, zal de walvis nog geen uur leven als hij per ongeluk aan de grond of op het land terechtkomt. Waarom?

Voor de nieuwsgierigen: De grootste vertegenwoordigers van de orde van walvisachtigen - blauwe walvissen. De massa van de blauwe vinvis bereikt 130 ton; grootste landdier olifant heeft een massa van 3 tot 6 ton(zoals de taal van sommige walvissen ;-) Tegelijkertijd kan de walvis een zeer behoorlijke snelheid in het water ontwikkelen tot 20 knopen. De zwaartekracht die op de walvis inwerkt, wordt geschat op miljoenen Newton, maar in het water wordt hij ondersteund door de Archimedische kracht en de walvis in het water is gewichtloos. Op het land zal de enorme zwaartekracht de walvis tegen de grond drukken. Het skelet van de walvis is niet aangepast om dit gewicht te weerstaan, de walvis zal niet eens kunnen ademen, omdat hij om in te ademen de longen moet uitzetten, dat wil zeggen, de spieren rond de borstkas optillen. Onder invloed van zo'n enorme kracht verslechtert de ademhaling aanzienlijk, worden bloedvaten geknepen en sterft de walvis.

Knoop - eenheid van snelheid gelijk aan één zeemijl per uur. Het wordt gebruikt in de nautische en luchtvaartpraktijk. Volgens internationale definitie is één knoop gelijk aan 1.852 km/u.

Taak #6
Hoe de duikdiepte aan te passen koppotige nautilus pompilius(lat. Nautilus pompilius)?

Antwoord: Koppotigen van het geslacht nautilus leven in schelpen, gescheiden door schotten in aparte kamers, het dier zelf bezet de laatste kamer, terwijl de rest is gevuld met gas. Wanneer de nautilus naar de bodem wil zinken, vult hij de schelp met water, hij wordt zwaar en zinkt gemakkelijk. Om naar de oppervlakte te drijven, pompt de nautilus gas in zijn hydrostatische "ballonnen", hij verplaatst het water en de schelp drijft. Vloeistof en gas staan ​​onder druk in de schaal, dus het parelmoeren huis barst niet, zelfs niet op een diepte van zevenhonderd meter, waar nautilussen soms zwemmen. De stalen buis zou hier plat worden en het glas zou veranderen in een sneeuwwit poeder. Nautilus slaagt er alleen in om de dood te vermijden dankzij de interne druk die in zijn weefsels wordt gehandhaafd, en om zijn huis intact te houden door het te vullen met een onsamendrukbare vloeistof. Alles gebeurt, zoals in een moderne diepzeeboot - een bathyscaaf waar de natuur vijfhonderd miljoen jaar geleden patent op kreeg ;-)

Nautilus pompilius(lat. Nautilus pompilius) is een soort van koppotige weekdieren van het geslacht Nautilus. Het leeft meestal op een diepte van maximaal 400 meter. Het leeft voor de kust van Indonesië, de Filippijnen, Nieuw-Guinea en Melanesië, in de Zuid-Chinese Zee, de noordkust van Australië, West-Micronesië en West-Polynesië. Nautilussen leiden een benthische levensstijl en verzamelen dode dieren en grote organische resten - dat wil zeggen, nautilussen zijn zee-aaseters.

Kondakov Nikolai Nikolajevitsj(1908-1999) - Sovjetbioloog, kandidaat voor biologische wetenschappen, dierenschilder. Zijn belangrijkste bijdrage aan de biologische wetenschap waren zijn tekeningen van verschillende vertegenwoordigers van de fauna. Deze illustraties zijn opgenomen in vele publicaties, zoals: TSB (Grote Sovjet Encyclopedie), Rode Boek van de USSR, in dierenatlassen en leermiddelen.

Voor de nieuwsgierigen: Bij inktvis- een dier uit de klas koppotigen(de naaste verwant van inktvissen en octopussen), rudimentaire interne kalkhoudende schaal bevat talrijke holtes. Om het drijfvermogen te reguleren, pompt de inktvis water uit zijn skelet en laat gas de lege holtes vullen, dat wil zeggen, hij werkt op het principe van watertanks in een onderzeeër. De belangrijkste manier van beweging van inktvissen, octopussen, inktvissen is jet, maar dit is een onderwerp voor een ander vak met kwaliteitsproblemen in de natuurkunde ;-)
Microscopische radiolariërs ze hebben oliedruppels in hun protoplasma, met behulp waarvan ze hun gewicht regelen en waardoor ze in zee stijgen en dalen.
Sifonoforen zoölogen noemen een speciale groep darmdieren. Net als kwallen zijn het vrijzwemmende zeedieren. In tegenstelling tot de eerste vormen ze echter complexe kolonies met een zeer uitgesproken polymorfisme. Helemaal bovenaan de kolonie bevindt zich meestal een gasbel met behulp waarvan de hele kolonie in de waterkolom wordt gehouden en verplaatst. Het gas wordt geproduceerd door speciale klieren. Deze bel bereikt soms een lengte van 30 cm.

Rudimentaire organen, rudimenten(van het Latijnse rudimentum - kiem, fundamenteel principe) - organen die hun belangrijkste betekenis hebben verloren in het proces van evolutionaire ontwikkeling van het organisme.
Polymorfisme - veelvoud, de aanwezigheid in dezelfde soort organismen van verschillende vormen.

Illustraties uit het boek van Ernst Haeckel
"Kunstvormen van de natuur (Kunstformen der Natur)", 1904

koppotigen Gamochonia		Sifonoforen Siphonophorae		diepe zee radiolariërs phaeodaria

Ernst Heinrich Philipp August Haeckel(Ernst Heinrich Philipp August Haeckel; 1834-1919) was een Duitse natuuronderzoeker en filosoof.
"Kunstvormen van de natuur (Kunstformen der Natur)"- lithografisch boek Ernst Haeckel oorspronkelijk gepubliceerd tussen 1899 en 1904 in sets van 10 prenten, een volledige versie van 100 prenten verscheen in 1904.

Taak #7
Waarom duiken eenden en andere watervogels weinig onder tijdens het zwemmen?

Antwoord: Een belangrijke factor in het leven van watervogels is de aanwezigheid van een dikke, ondoordringbare laag van veren en dons, die een aanzienlijke hoeveelheid lucht bevat; vanwege deze eigenaardige luchtbel die het hele lichaam van de vogel omgeeft, is de gemiddelde dichtheid erg laag. Dit verklaart het feit dat eenden en andere watervogels tijdens het zwemmen niet veel onderdompelen.

Taak #8
"Meshchorskaja kant", 1939

“... Waterratten leven in diepe holen aan de oevers van deze rivieren. Er zijn ratten die helemaal grijs zijn van ouderdom. Als je rustig het gat volgt, kun je zien hoe de rat vis vangt. Ze kruipt uit het gat, duikt heel diep en zwemt naar buiten met een vreselijk geluid ... Om het zwemmen gemakkelijker te maken, knagen waterratten een lange stengel van de kugi af en zwemmen ze met het tussen hun tanden. De stengel van de Coogee zit vol met luchtcellen. Hij houdt perfect het water vast, zelfs niet zo'n gewicht als een rat ... "
Leg uit welke maatregelen waterratten nemen om het zwemmen te vergemakkelijken.

Antwoord: Lichaamsdrijfvermogen- het vermogen om bij een bepaalde belasting te drijven, met een vooraf bepaalde onderdompeling. Drijfvermogen - extra belasting, die overeenkomt met het gewicht van de vloeistof in het volume van het oppervlaktedeel van het drijflichaam. Het drijfvermogen van het lichaam wordt bepaald door de wet van Archimedes.
Wet van Archimedes is als volgt geformuleerd: een opwaartse kracht werkt op een lichaam dat is ondergedompeld in een vloeistof of gas, gelijk aan het gewicht van de hoeveelheid vloeistof of gas die wordt verplaatst door het ondergedompelde deel van het lichaam. Op basis van de wet van Archimedes kan worden geconcludeerd dat om een ​​lichaam te laten drijven, het noodzakelijk is dat het gewicht van de door dit lichaam verplaatste vloeistof gelijk is aan of groter is dan het gewicht van het lichaam zelf.
De ondernemende waterrat, onbekend met de wet van Archimedes, gebruikte het met succes voor zijn onzelfzuchtige, maar heilzame doeleinden ...

Kuga- de populaire naam van sommige waterplanten van de zeggefamilie, voornamelijk meerriet. De stengels van meerriet zijn, net als veel andere waterplanten, erg los, poreus - ze worden dicht doordrongen door een netwerk van luchtkanalen en hebben daarom een ​​​​uitstekend drijfvermogen.

Taak #9
"Steppe. Geschiedenis van één reis", 1888. Anton Pavlovitsj Tsjechov
"... Egorushka kleedde zich ook uit, maar ging niet de oever af, maar rende naar boven en vloog van een hoogte van anderhalve sazhens. Hij beschreef een boog in de lucht en viel in het water, zonk diep, maar bereikte de bodem niet; een of andere kracht, koud en aangenaam om aan te raken, tilde hem op en droeg hem terug naar boven.
Over wat voor soort kracht "koud en aangenaam om aan te raken" hebben we het?

Voor de nieuwsgierigen: Sazhen - oude Russische lengtemaat, voor het eerst genoemd in Russische bronnen aan het begin van de 11e eeuw. In de XI-XVII eeuw was er een sazhen van 152 en 176 cm, dit was de zogenaamde vlieg doorgronden, bepaald door de spanwijdte van iemands handen van het uiteinde van de vingers van de ene hand tot het uiteinde van de vingers van de andere.
zogenaamd schuine sazhen- meet 216 en 248 cm - werd bepaald door de afstand van de vingers van de uitgestrekte hand tot de voet van het andere been. Onder Peter I werden Russische lengtematen gelijkgesteld met Engelse. De grootte van een sazhen werd vastgesteld op 7 Engelse voet of 84 inch. Dit kwam overeen met 3 arshins, of 48 inch, wat gelijk was aan 213,35 cm.

1 doorgrond= 1/500 werst = 3 arshins = 12 overspanningen = 48 wersts = 2.1336 meter

Het is interessant dat de het woord "sazhen" komt van het Oudslavisch werkwoord "knijpen" (loop wijd). In het oude Rusland werden niet één, maar veel verschillende vademen gebruikt. We hebben al kennisgemaakt met het vliegwiel en schuine vadem, de beurt is gekomen voor een aantal andere vademen:

1 vadem ≈ 1.83 meter
1 Griekse vadem ≈ 2.304 meter
1 gemetselde sazhen ≈ 1.597 meter
1 pijpvadem ≈ 1,87 meter (deze vadem werd gebruikt om de lengte van pijpen in zoutmijnen te meten)
1 kerkdoorgrond ≈ 1.864 meter
1 koninklijke sazhen ≈ 1.974 meter

Er zijn echter ook vierkante en kubieke vadems. De hoeveelheid van iets gemeten door een dergelijke maat: doorgronden van de aarde(sazhen vierkant); doorgrond van brandhout(Sazhen kubieke).

Taak #10
"Grootvader Mazai en hazen", 1870. Nikolay Alekseevich Nekrasov
“Een knoestige boomstam dreef voorbij,
Zittend en staand en liggend in een laag,
Er werden een dozijn hazen op gered
"Ik zou je meenemen - maar laat de boot zinken!"
Het is jammer voor hen, maar het is jammer voor de vondst -
Ik raakte verslaafd aan een knoop
En hij sleepte een boomstam achter zich aan..."
Leg uit waarom de hazen de boot konden laten zinken. Wat wordt bedoeld met waterverplaatsing en draagkracht van een schip? Wat is een waterlijn?

Voor de nieuwsgierigen: Waterlijn- dit is de lijn waarlangs het kalme wateroppervlak in contact komt met de romp van een schip of ander drijvend vaartuig. De waterlijn kan van verschillende typen zijn (constructief, berekend, werkend, lading).
Waterlijn laden is van groot praktisch belang. Voordat dit merkteken verplicht werd, gingen veel schepen verloren in de vloten van de hele wereld. De belangrijkste reden voor het verlies van schepen is overbelasting, vanwege de wens om extra winst uit het transport te halen, wat nog werd verergerd door het verschil in waterdichtheid (afhankelijk van de temperatuur en het zoutgehalte kan het sediment van het schip aanzienlijk variëren). Het eerste precedent in de moderne geschiedenis is de British Load Line (Load Line) Act van 1890, op grond waarvan het minimaal toegestane vrijboord niet door de reder, maar door een overheidsinstantie werd vastgesteld.

Illustraties door Alexei Nikanorovich Komarov
naar Nikolai Alekseevich Nekrasov's gedicht "Grootvader Mazai en Hazen"

... ik zie een klein eiland - Hazen erop verzamelden zich in een menigte ...		Onmiddellijk vluchtte mijn team, Er zijn nog maar twee koppels op de boot...

Komarov Alexey Nikanorovich(1879-1977) wordt beschouwd als de grondlegger van de Russische dierlijke school. Aleksey Nikanorovich Komarov illustreerde wetenschappelijke boeken en kinderboeken, maakte tekeningen voor postzegels, ansichtkaarten en visuele hulpmiddelen. Verschillende generaties kinderen groeiden op en leerden uit schoolboeken met zijn prachtige tekeningen.

Taak #11
Waar is het draagvermogen van hetzelfde schip groter - in rivier- of zeewater?

Antwoord: De dichtheid van rivierwater is minder dan die van zeewater, aangezien de dichtheid van gewoon water 1000 kg / m 3 is en zout water 1030 kg / m 3 is. Dus de kracht van Archimedes in zeewater zal groter zijn. Dat wil zeggen, in zeewater kan een schip een lading met een grotere zwaartekracht optillen en niet zinken. Dit betekent dat het draagvermogen van hetzelfde schip in zeewater groter is.

Taak #12
Onderzeeërs die in de noordelijke zeeën varen, zijn aan het wateroppervlak vaak bedekt met een dikke laag ijs. Is het gemakkelijker of moeilijker om de boot onder te dompelen in aanwezigheid van zo'n extra ijslading?

Taak #13
Voor onderzeeërs wordt een diepte vastgesteld waaronder ze niet mogen zinken. Wat verklaart het bestaan ​​van een dergelijke limiet?

Antwoord: Hoe dieper de onderzeeër zinkt, hoe meer druk de wanden zullen ervaren. Aangezien er een grens is aan de sterkte van de bootconstructie, is er ook een grens aan de diepte van zijn onderdompeling.

Voor de nieuwsgierigen:
Welke ontwerpkenmerken hebben onderzeeërs?
Onderzeeërs spelen een belangrijke rol in alle marines - oorlogsschepen die tot een aanzienlijke diepte (meer dan 100 meter) kunnen duiken en zich daar verborgen voor de vijand kunnen verplaatsen.
Onderzeeërs moeten kunnen drijven en onder water kunnen, maar ook onder het wateroppervlak kunnen varen. Aangezien het volume van de boot in alle gevallen ongewijzigd blijft, moet de boot, om deze manoeuvres uit te voeren, een apparaat hebben om het gewicht te veranderen. Dit apparaat bestaat uit een aantal ballastcompartimenten in de romp van de boot, die met behulp van speciale apparaten kunnen worden gevuld met buitenboordwater (in dit geval neemt het gewicht van de boot toe en zinkt deze) of van water bevrijden (in dit geval geval neemt het gewicht van de boot af en drijft hij).
Houd er rekening mee dat een kleine overmaat of een gebrek aan water in de ballastcompartimenten voldoende is om de boot naar de bodem van de zee te laten zinken of naar het wateroppervlak te laten drijven. Het komt vaak voor dat in een bepaalde laag onder water de dichtheid van water snel verandert met de diepte en van boven naar beneden toeneemt. Nabij het niveau van zo'n laag is het evenwicht van de boot stabiel. Inderdaad, als de boot, om welke reden dan ook, op dit niveau iets dieper zinkt, valt hij in een gebied met een hogere waterdichtheid. De ondersteunende kracht neemt toe en de boot begint te drijven en keert terug naar zijn oorspronkelijke diepte. Als de boot om welke reden dan ook stijgt, valt deze in een gebied met een lagere waterdichtheid, neemt de ondersteunende kracht af en keert de boot terug naar zijn oorspronkelijke niveau. Daarom noemen onderzeeërs dergelijke lagen " vloeibare grond": de boot kan erop “liggen” en voor onbepaalde tijd in evenwicht blijven, terwijl dit in een homogene omgeving niet mogelijk is en om een ​​bepaalde diepte te behouden, moet de boot constant de hoeveelheid ballast veranderen, water opnemen of verplaatsen uit de ballastcompartimenten , of moet de hele tijd bewegen door de diepteroeren te manoeuvreren.

Het hijsen van de staatsvlag van de USSR op de Noordpool de bemanning van de onderzeeër "Leninsky Komsomol", 1962 Pen Sergey Varlenovich, 1985 Centraal Maritiem Museum, St. Petersburg

Voor de nieuwsgierigen: "Lenin Komsomol", oorspronkelijk K-3 - de eerste Sovjet-kernonderzeeër, project 627. De naam "Leninsky Komsomol" werd geërfd door de onderzeeër van de dieselonderzeeër met dezelfde naam "M-106" van de Noordelijke Vloot, die stierf tijdens een van de militaire campagnes in 1943.
In juli 1962 maakte ze voor het eerst in de geschiedenis van de Sovjet-marine een lange reis onder het ijs van de Noordelijke IJszee, waarbij ze tweemaal de Noordpool passeerde. onder commando Lev Mikhailovich Zhiltsov Op 17 juli 1962 dook voor het eerst in de geschiedenis van de Sovjet-onderzeeërvloot op nabij de Noordpool. De bemanning van het schip hees de staatsvlag van de USSR bij de pool in het ijs van het centrale noordpoolgebied.
In 1991 werd ze uit de Noordelijke Vloot teruggetrokken. Na een reeks donkere dagen en een nog steeds onvolledige reconstructie, werd besloten om de onderzeeër Leninsky Komsomol om te bouwen tot een museum. Ze zeggen dat ze op de Neva al op zoek zijn naar een plek voor haar eeuwige parkeerplaats. Misschien zal het naast de legendarische Aurora zijn ...

Taak #14
"Amfibische mens", 1927. Alexander Romanovich Belyaev
“Dolfijnen zijn op het land veel zwaarder dan in het water. Over het algemeen is alles hier moeilijker voor je. Zelfs je eigen lichaam. Het is gemakkelijker om in water te leven... ...En je zult naar de bodem zinken... Het is alsof je in dikke, blauwe lucht zwemt. Stil. Je voelt je lichaam niet. Het wordt vrij, licht, gehoorzaam aan elke beweging ... "
Heeft de auteur van de roman gelijk? Leg het antwoord uit.

Alexander Romanovich Belyaev(03/16/1884 - 01/06/1942) - Sovjet-sciencefictionschrijver, een van de grondleggers van de Sovjet-sciencefictionliteratuur. Een van de beroemdste van zijn romans: "Professor Dowell's Head", "Amphibian Man", "Ariel" ...
Als je het nog niet hebt gelezen, raad ik het ten zeerste aan ;-)

§ Ik raad de lezers van de groene pagina's een zeer vermakelijk en informatief biofysisch materiaal aan dat de sluier van geheimhouding opheft over enkele kenmerken van de organisatie van dolfijnen: de anti-turbulente eigenschappen van de huid en een onovertroffen sonar ... op de groene pagina van "Geheimen van de Dolfijn".

Taak #15
In welk water en waarom is het makkelijker om te zwemmen: zee of rivier?

Antwoord: Het is gemakkelijker om in zeewater te zwemmen, omdat er een grote opwaartse kracht zal werken op een lichaam dat is ondergedompeld in zeewater vanwege het feit dat de dichtheid van zeewater groter is dan de dichtheid van rivierwater.

Taak #16
Waarom kunnen we onze vriend of een nogal zware steen in het water gemakkelijk oppakken?

Taak #17
Een stuk marmer weegt evenveel als een koperen gewicht. Welke van deze lichamen is gemakkelijker in het water te houden?

Antwoord: De dichtheid van marmer is minder dan de dichtheid van koper, daarom heeft marmer met dezelfde massa een groter volume, wat betekent dat er een grote opwaartse kracht op inwerkt en het gemakkelijker is om het in water te houden dan een koperen gewicht.

Taak #18
Wandelen langs de kust bezaaid met zeekiezels doet pijn met blote voeten. En in het water, dieper duikend dan de riem, kan lopen op kleine steentjes geen kwaad. Waarom?

Taak #19
Als je in een rivier met een modderige bodem zwemt, zie je dat op een ondiepe plek de benen meer vast komen te zitten in de modder dan in een diepe. Leg uit waarom.

Antwoord: Naarmate we dieper duiken, verplaatsen we meer water. Volgens de wet van Archimedes zal in dit geval een grote drijvende kracht op ons inwerken.

Taak #20
Waarom zijn duikschoenen uitgerust met zware loden zolen?

Antwoord: Om het gewicht van de duiker te vergroten en hem meer stabiliteit te geven tijdens het werken in het water. Zware loden zolen helpen de duiker het drijfvermogen van het water te overwinnen.

Taak #21
Waarom drijft een lege glazen fles op het wateroppervlak, terwijl een gevulde fles zinkt?

Antwoord: Een lege glazen fles wordt zo diep in water ondergedompeld dat het volume van het verplaatste water qua zwaartekracht gelijk is aan de zwaartekracht van de fles, wat overeenkomt met de toestand van lichamen die op het wateroppervlak drijven. Als de fles met water wordt gevuld, zal het verplaatste volume afnemen en zal de fles zinken.

Taak #22
Een baksteen zinkt in het water, terwijl een droog dennenblok omhoog drijft. Betekent dit dat er een grote opwaartse kracht op de stam werkt?

Taak #23
"Dood hoofd", 1928. Alexander Romanovich Belyaev
“Morel stond op, maar het water bereikte al snel de enkels van de benen en bleef maar stijgen. Zijn vlot dreef beslist niet. Misschien is hij ergens op betrapt? Ten minste één van de randen moet omhoog! ... het vlot lag nog op de bodem ...
"Maar wat is er in godsnaam aan de hand?" schreeuwde Morel boos. Hij nam een ​​stuk ijzerhout dat op de oever lag, waarvan het vlot was gemaakt, gooide het in het water en riep meteen uit:
"Is er nog een ezel zoals ik in de wereld?" De stronk zonk als een steen. De ijzeren boom was te zwaar en kon niet op het water drijven.
Zware les! Morel liet zijn hoofd zakken en keek naar de kokende rivier, in het water waarvan zoveel moeite en arbeid was begraven.
Kunnen er stenen zijn die als hout in het water drijven en bomen waarvan het hout als steen in het water zinkt? Waar vind je drijvende rotsen en waar is zinkend hout? Waar worden beide voor gebruikt?

Voor de nieuwsgierigen: Als melk kookt, stijgt het schuim. Tijdens vulkaanuitbarstingen wordt ook schuim gevormd in kokende lava, maar alleen in steen. Bevriezen, dit steenschuim vormt puimsteen. Het is zo licht dat het niet wegzakt in het water. Als schuurmiddel puimsteen wordt toegepast voor het slijpen van metaal en hout, het polijsten van steenproducten, en wordt ook gebruikt voor het hygiënisch verwijderen van ruwe huid van de voeten. Puimsteenafzettingen zijn al sinds de oudheid bekend op de Eolische eilanden in de Tyrrheense Zee ten noorden van Sicilië. Aanzienlijke puimsteenafzettingen bevinden zich in Kamtsjatka en in Transkaukasië (in Armenië bij Jerevan). Houtberk Schmidt, temir-agacha, saxaul zo dik en zwaar verdrinken in water. Saxaul groeit in halfwoestijnen en woestijnen van Azië; het is niet geschikt voor de bouw, maar het is een uitstekende brandstof: qua caloriegehalte benadert saxaul steenkool.
De held van het verhaal van Alexander Belyaev, professor Joseph Morel, ontving een wetenschappelijke missie naar Brazilië, en ... het kan heel goed zijn dat hij boomstammen gebruikte om een ​​vlot te bouwen caesalpinia ijzerhout (Braziliaans ijzerhout), of misschien ... koffers guaiac (backout) boom- waarvan het hout zinken in water.

"Meshchorskaja kant", 1939
Konstantin Georgievich Paustovsky
“Er zijn veel meren in de weilanden. Hun namen zijn vreemd en gevarieerd: Quiet, Bull, Hotets, Ramoina, Kanava, Staritsa, Muzga, Bobrovka, Selyanskoye Lake en, ten slotte, Langobardskoe.
Op de bodem van Hotz liggen zwarte veeneiken.
Wat is moeraseik en wat is de dichtheid ervan?

Voor de nieuwsgierigen: In de oudheid groeiden majestueuze eikenbossen aan de oevers van het meer van Hottsa. Water van jaar tot jaar erodeerde en spoelde de oevers van het meer weg, en machtige eiken vol kracht zonken in het water (de dichtheid van hout van een levende (of vers gekapte) eik is 1020-1070 kg / m 3, en de dichtheid van water is 1000 kg / m 3). Eiken kwamen onder water, de tijd verstreek, zand en slib spoelden de stammen van machtige eiken met een multimeterlaag aan. Als de meeste bomen in dergelijke omstandigheden gedoemd zijn tot vluchtige en volledige vernietiging, dan begint de eik net aan zijn tweede leven. Na een paar honderd jaar bereikt het een heerlijke rijpheid en krijgt de eretitel - gekleurd!
Een dergelijke duurzaamheid, evenals de onnavolgbare kleur van moeraseik, wordt veroorzaakt door de reacties van tannine (looizuur) met water dat metaalzouten bevat (bijvoorbeeld ijzer). Afhankelijk van de hoeveelheid metaalzouten in meer- of rivierwater en de hoeveelheid tannines in hout, was er lange tijd (van 200 tot 2000 jaar of meer ...) een specifieke kleuring van moeraseikenhout - in kleuren van schandalig - as- zilverachtig met een roze-grijze tint ... tot een mystiek blauwzwart met paarse strepen. Echte veen- of veeneik wordt meestal gevonden bij opgravingen van drooggelegde meren en moerassen. Dit is een zeer zeldzame en dure houtsoort, die qua sterkte soms niet onderdoet voor ijzer.
In historische beschrijvingen kun je de naam van moeraseik vinden als "ebbehout" En "ijzeren boom". Het is kenmerkend dat er in Rusland geen concept van "kastenmaker" was - ambachtslieden die met elitehout werkten, werden genoemd "zwart hout".
Het hout van gedroogd, voor verwerking voorbereid, moeraseik heeft een vrij hoge dichtheid (750-850 kg/m3) in vergelijking met gewoon eiken (650-760 kg/m3).

Eiken in Oud Peterhof Shishkin Ivan Ivanovitsj, 1891

Shishkin Ivan Ivanovich(01/25/1832–03/20/1898) - Russische landschapsschilder, academicus, professor, hoofd van de landschapsworkshop van de Imperial Academy of Arts, een van de stichtende leden van de Association of Travelling Art Exhibitions.

Taak #24
Waarom stijgen luchtbellen snel in water?

Antwoord: De opwaartse kracht die op een luchtbel in water inwerkt, is vele malen groter dan het gewicht van de bel zelf (het gas dat in de bel wordt samengeperst). De bel gaat omhoog en komt met minder druk in de waterlagen, de bel zet uit, de ondersteunende kracht neemt toe en de snelheid van zijn opstijging neemt toe.

Taak #25
In welke gassen kan een zeepbel gevuld met helium opstijgen?

Taak #26
Als een zeepbel met lucht erin in een open vat gevuld met kooldioxide wordt geplaatst, zakt de bel niet naar de bodem van het vat. Leg het fenomeen uit.

Antwoord: Een zeepbel gevuld met lucht zal enige tijd drijven op een onzichtbaar oppervlak van kooldioxide in een vat.

Probleem #27
De met waterstof gevulde kolf werd ondersteboven gekeerd. Komt er waterstof uit de kolf?

Taak # 28
Leg uit waarom het volume waterstof in de schaal van een ballon toeneemt naarmate het stijgt.

Carnicero Antonio(Antonio Carnicero; 1748-1814) was een Spaanse neoklassieke schilder.
Heteluchtballon(fr. Montgolfiere) - een ballon met een schelp gevuld met hete lucht. Vernoemd naar achternaam de uitvinders van de gebroeders Mongolf e - Joseph-Michel en Jacques-Etienne. De eerste vlucht werd gemaakt in Frankrijk in de stad Annonay op 5 juni 1783.
21 november 1783 - een belangrijke datum in de geschiedenis van de luchtvaart(in 2013 is het ook rond - 230 jaar ;-) Op deze dag vlogen twee dappere Fransen: Pilatre de Rozier en de markies d'Arlande, voor het eerst in de geschiedenis, in een ballon van de gebroeders Montgolfier.

Probleem #29
In welk geval heeft een zelfgemaakte papieren ballon gevuld met hete lucht meer lift: toen de jongens hem in het schoolgebouw of op het schoolplein lanceerden, waar het best cool was?

Antwoord: De liftkracht van een ballon is gelijk aan het verschil tussen het gewicht van de lucht in de ballon en het gewicht van het gas dat de ballon vult. Hoe groter het verschil in de dichtheden van lucht en gas die de ballon vullen, hoe groter de hefkracht. Daarom is de hefkracht van de bal groter op straat, waar de lucht minder wordt verwarmd.

Taak #30
Wat verklaart de maximale hoogte ("plafond") voor de ballon, die hij niet kan overwinnen?

Antwoord: De afname van de luchtdichtheid met de hoogte van de ballon.

Jacob Alt(Jacob Alt; 27-09-1798–30/09/1872) was een Oostenrijkse landschapsschilder, graficus en lithograaf.

Taak #31
Een pan ondersteboven drijft in een vat met water. Zal het waterniveau in het vat veranderen met de temperatuur van de lucht rondom de pan? (Negeer de thermische uitzetting van het water, de pot en het vat.)

Antwoord: Het waterpeil in het vat verandert niet. Aangezien het gewicht van de inhoud in het vat niet verandert met een verandering in de temperatuur van de lucht rondom de pan, zal de kracht van de waterdruk op de bodem van het vat ook niet veranderen.

Taak #32
Waarom is het onmogelijk om brandende kerosine te blussen door er water op te gieten? Hoe moet je stoven?

Antwoord: Het water zakt naar beneden en sluit de toegang van lucht (noodzakelijke zuurstof voor verbranding) tot de kerosine niet af.

Taak #33
Eén fles bevat plantaardige olie en azijn. Hoe kan een van deze vloeistoffen uit een fles worden gegoten?

Antwoord: De olie drijft op de azijn. Om de olie te schenken, hoeft u alleen maar de fles te kantelen. Om azijn te schenken, moet je de fles sluiten met een kurk, hem ondersteboven houden en de kurk net genoeg openen om de juiste hoeveelheid azijn uit te schenken.

Probleem #34
Lactometer - een apparaat voor het bepalen van het vetgehalte van melk - is een afgesloten glazen buis die in verticale positie in een vloeistof drijft vanwege de belasting die in het onderste deel is geplaatst. De markeringen op de tube geven het vetgehalte van de melk aan. In welke melk - vol of magere (minder vet) - moet de lactometer dieper zinken? Waarom?

Antwoord: De lactometer zakt dieper in volle melk. De dichtheid van melk met een hoger vetgehalte is lager.

Probleem #35
Een halve liter plantaardige olie drijft in een emmer op het wateroppervlak. Hoe verzamel je de meeste olie in een fles zonder gereedschap en zonder de emmer aan te raken?

Antwoord: De fles wordt gevuld met water, met een vinger gesloten, ondersteboven gekeerd en met de hals in een laag olie neergelaten. Als u uw vinger verwijdert, stroomt het water uit de fles en komt er olie op zijn plaats in de fles. U kunt de lege fles ook verticaal in het water laten zakken, zodat de rand van de hals ter hoogte van de olie komt.

Taak #36
Om roggezaden van giftige hoorns te reinigen, worden moederkorenzaden ondergedompeld in een twintig procent waterige oplossing van keukenzout. De moederkorenhoorns drijven omhoog, maar de rogge blijft op de bodem. Wat geeft dit aan?

Antwoord: De dichtheid van giftige moederkorenhoorns is minder en de korreldichtheid is groter dan de dichtheid van de oplossing.

Probleem #37
Een sterke oplossing van tafelzout werd in het vat gegoten en er werd voorzichtig schoon water bovenop gegoten. Als een rauw kippenei in een vat wordt geplaatst, blijft het op de grens tussen de oplossing en zuiver water. Leg het fenomeen uit.

Antwoord: De dichtheid van zuiver water is minder dan de gemiddelde dichtheid van het ei, dus het zinkt erin. De dichtheid van de zoutoplossing is groter dan de dichtheid van het ei, dus het drijft erin.

Probleem #38
Neem een ​​schotel en laat deze met de zijkanten in het water zakken, hij zal zinken. Als de schotel voorzichtig ondersteboven in het water wordt neergelaten, drijft hij op het oppervlak. Waarom?

Antwoord: Porselein of faience heeft een hogere dichtheid dan water, dus als de schotel met een rand wordt neergelaten, zinkt hij. Wanneer de bodem van de schotel in het water wordt neergelaten, wordt deze ondergedompeld in water tot een zodanige diepte dat het volume van het verplaatste water in termen van zwaartekracht gelijk is aan de zwaartekracht van de schotel, wat overeenkomt met de toestand van lichamen die op drijven. het oppervlak van het water.

Probleem #39
Op de kopjes van gelijkarmige schalen staan ​​twee identieke glazen, tot de rand gevuld met water. Een houten blok drijft in één glas. In welke positie staat de weegschaal?

Antwoord: In balans.

Taak #40
Twee identieke gewichten zijn opgehangen aan de uiteinden van een hefboom met gelijke arm. Wat gebeurt er als het ene gewicht in water wordt geplaatst en het andere in kerosine?

Antwoord: De balans zal worden verbroken.

Taak #41
Messing en glazen bollen worden gebalanceerd op de balk van gelijkarmige balansen. Wordt het evenwicht verstoord als het apparaat in een luchtloze ruimte wordt geplaatst (in kooldioxide, in water)?

Antwoord: Een glazen bol zal in de leegte neerdalen, een koperen bal in kooldioxide en water.

Taak #42
Van welk materiaal moeten de gewichten zijn, zodat bij een nauwkeurige weging niet kan worden gecorrigeerd voor gewichtsverlies in de lucht?

Antwoord: De gewichten moeten gemaakt zijn van hetzelfde materiaal als het te wegen lichaam.

Taak #43
Zal het water in communicerende vaten op hetzelfde niveau zijn als een houten lepel op het oppervlak in een van de vaten drijft?

Antwoord: Aangezien een houten lepel in evenwicht is op het wateroppervlak, is het gewicht gelijk aan het gewicht van het water dat erdoor verplaatst wordt. Daarom, als de lepel zou worden vervangen door water, zou het een volume innemen dat gelijk is aan het volume van het ondergedompelde deel van de lepel, en het waterniveau zou niet veranderen. Daarom zal het water in de communicerende vaten zich op hetzelfde niveau bevinden.

Taak #44
Een enorme bal ijs wordt met water op de bodem van een vat bevroren. Hoe verandert het waterpeil in het vat als het ijs smelt? Zal de kracht van de waterdruk op de bodem van het vat veranderen?

Antwoord: zal naar beneden gaan; afname. De dichtheid van ijs is kleiner dan de dichtheid van water, dus het volume van een ijsbal is groter dan het volume water dat uit deze bal wordt gevormd. Hieruit volgt dat het waterpeil in het vat zal afnemen.

Probleem #45
Een stuk ijs drijft in een glas dat tot de rand gevuld is met water. Zal het water overstromen als het ijs smelt? Wat gebeurt er als het glas geen water bevat, maar: 1) een dichtere vloeistof (bijvoorbeeld zeer zout water), 2) een minder dichte vloeistof (bijvoorbeeld kerosine)?

Antwoord: Volgens de wet van Archimedes is het gewicht van drijvend ijs gelijk aan het gewicht van het water dat erdoor verplaatst wordt. Daarom zal het volume water dat wordt gevormd wanneer het ijs smelt exact gelijk zijn aan het volume water dat erdoor wordt verplaatst, en het waterniveau in het glas zal niet veranderen. Als er een vloeistof in het glas zit die dichter is dan water, dan zal het watervolume dat gevormd wordt nadat het ijs smelt, groter zijn dan het vloeistofvolume dat door het ijs wordt verplaatst, en zal het water overstromen. Omgekeerd, in het geval van een minder dichte vloeistof, zal het niveau dalen nadat het ijs is gesmolten.

Taak #46
Een stuk ijs drijft in een vat gevuld met water met een stalen bal erin bevroren. Verandert het waterpeil in het vat als het ijs smelt? Maak een uitgebreide toelichting.

Antwoord: Zal naar beneden gaan. Een stuk ijs met een stalen kogel weegt meer dan een stuk ijs van hetzelfde volume, daarom wordt het ondergedompeld in water dat dieper is dan een puur stuk ijs, en verplaatst het een grotere hoeveelheid water dan dat door het water dat ontstaat wanneer het ijs smelt. Als het ijs smelt, daalt het waterpeil. De bal zal dan naar de bodem vallen, maar het volume blijft hetzelfde en verandert niet direct het waterniveau.

Probleem #47
Een stuk ijs drijft in een met water gevuld vat met daarin een luchtbel. Verandert het waterpeil in het vat als het ijs smelt?

Antwoord: In aanwezigheid van een luchtbel weegt ijs minder dan een vast stuk ijs van hetzelfde volume en wordt het daarom tot een kleinere diepte in water ondergedompeld. Omdat het gewicht van de lucht echter kan worden verwaarloosd, verandert het waterpeil in het vat niet.

Probleem #48
Een blok ijs drijft in een vat gevuld met water. Hoe verandert de diepte van onderdompeling van de staaf in water als kerosine over het water wordt gegoten?

Antwoord: zal afnemen. Met de toevoeging van kerosine bovenop het water neemt de druk op de onderrand van de balk toe.

Probleem #49
Een blok ijs drijft in een vat gevuld met water, waarop een houten bal ligt. De dichtheid van de substantie van de bal is kleiner dan de dichtheid van water. Verandert het waterpeil in het vat als het ijs smelt?

Antwoord: Zal niet veranderen. Een blok ijs en een bal drijven in de ode. Dit betekent dat ze evenveel water verdringen als ze wegen. Omdat nadat het ijs smelt, het gewicht van de inhoud in het vat niet zal veranderen, omdat de kracht van de waterdruk op de bodem van het vat ook niet zal veranderen. Hierdoor blijft het waterpeil in het vat gelijk.

Probleem #50
De dichtheid van een lichaam wordt bepaald door het te wegen in lucht en water. Wanneer een klein lichaam in water wordt ondergedompeld, blijven luchtbellen op het oppervlak achter, waardoor een fout wordt verkregen bij het bepalen van de dichtheid. Wordt in dit geval de dichtheidswaarde min of meer behaald?

Antwoord: Aanklevende luchtbellen verhogen het lichaamsgewicht enigszins, maar vergroten het volume aanzienlijk. Daarom is de dichtheidswaarde kleiner.

Probleem #51
Leg de essentie uit van het werk van waterbezinktanks. Waarom leidt de bezinking van water tot de zuivering van water uit daarin onoplosbare stoffen? Maar hoe zit het met oplosbare onzuiverheden?

Antwoord: Elk deeltje in water wordt beïnvloed door de zwaartekracht en de Archimedische kracht. Als de eerste groter is dan de tweede, dan zakt het water onder invloed van hun resulterende deeltje naar de bodem, waarna het water na bezinking drinkbaar wordt.

Probleem #52
Oude Griekse wetenschapper Aristoteles om de gewichtloosheid van lucht te bewijzen, woog hij een lege leren tas en dezelfde tas gevuld met lucht. In beide gevallen waren de aflezingen van de schalen hetzelfde. Waarom is Aristoteles' conclusie dat lucht geen gewicht heeft verkeerd?

Antwoord: Omdat het gewicht van de airbag met evenveel toenam als de opwaartse kracht van de lucht die op de opgeblazen tas inwerkte. Om de zwaartekracht van lucht te bewijzen, zou het voldoende zijn om lucht uit een of ander vat te pompen of het in een sterk vat te pompen.

Aristoteles(384 BC-322 BC) - Oude Griekse filosoof. Student Plato. Vanaf 343 v.Chr e. - mentor Alexander de Grote. De meest invloedrijke dialectici van de oudheid; grondlegger van de formele logica. Aristoteles ontwikkelde veel natuurkundige theorieën en hypothesen op basis van de kennis van die tijd. eigenlijk mezelf de term "natuurkunde" werd geïntroduceerd door Aristoteles.
Rembrandt Harmenszoon van Rijn(Rembrandt Harmenszoon van Rijn; 1606-1669) - Nederlandse kunstenaar, tekenaar en graveur, grote meester van clair-obscur, de grootste vertegenwoordiger van de gouden eeuw van de Nederlandse schilderkunst.

Probleem #53
Onder terrestrische omstandigheden worden verschillende methoden gebruikt om astronauten in gewichtloosheid te trainen en te testen. Een daarvan is als volgt: een persoon in een speciaal ruimtepak wordt ondergedompeld in een plas water waarin hij niet zinkt en niet drijft. Onder welke voorwaarden is dit mogelijk?

Antwoord: Dit is mogelijk op voorwaarde dat de zwaartekracht die op een persoon in een ruimtepak inwerkt, wordt gecompenseerd door de Archimedische kracht.

Probleem #54
Welke conclusie kan worden getrokken over de grootte van de Archimedische kracht door geschikte experimenten uit te voeren op de maan, waar de zwaartekracht zes keer kleiner is dan op aarde?

Antwoord: Hetzelfde als op aarde: een lichaam ondergedompeld in een vloeistof (of gas) wordt beïnvloed door een opwaartse kracht (Archimedische kracht) gelijk aan het gewicht van de vloeistof (of gas) die door dit lichaam wordt verplaatst.

Probleem #55
Zal een stalen sleutel onder gewichtloze omstandigheden in water zinken, bijvoorbeeld aan boord van een orbitaalstation, waarbinnen de normale atmosferische luchtdruk wordt gehandhaafd?

Antwoord: De sleutel kan zich op elk punt in de vloeistof bevinden, aangezien noch de zwaartekracht, noch de Archimedische kracht op de sleutel inwerkt onder gewichtloosheid.

Het legendarische verhaal van de uitdaging van Archimedes met de gouden kroon

Archimedes(287 BC-212 BC) was een oude Griekse wiskundige, natuurkundige en ingenieur uit Syracuse. Hij deed veel ontdekkingen in de meetkunde. Hij legde de basis voor mechanica, hydrostatica, de auteur van een aantal belangrijke uitvindingen.

Denkende Archimedes Domenico Fetti 1620

Domenico Fetti(ca. 1589-1623) - Italiaanse schilder uit de barokperiode.

Het legendarische verhaal van de uitdaging van Archimedes met de gouden kroon in verschillende vormen overgedragen. De Romeinse architect Vitruvius, die verslag doet van de ontdekkingen van verschillende wetenschappers die hem troffen, geeft het volgende verhaal:

“Wat Archimedes betreft, van al zijn talrijke en gevarieerde ontdekkingen, lijkt de ontdekking waarover ik zal vertellen mij met grenzeloze scherpzinnigheid gedaan.
Tijdens zijn bewind in Syracuse deed Hiero, na de succesvolle voltooiing van al zijn activiteiten, een gelofte om een ​​gouden kroon te schenken aan de onsterfelijke goden in een tempel. Hij kwam met de meester een hoge prijs overeen voor het werk en gaf hem de hoeveelheid goud die hij nodig had per gewicht. Op de afgesproken dag bracht de meester zijn werk naar de koning, die het perfect uitgevoerd vond; na weging bleek de kroon overeen te komen met het opgegeven gewicht aan goud.
Daarna werd een aanklacht ingediend dat een deel van het goud van de kroon was genomen en in plaats daarvan dezelfde hoeveelheid zilver was ingemengd. Hiero was boos dat hij bedrogen was, en omdat hij geen manier vond om deze diefstal te veroordelen, vroeg hij Archimedes om er goed over na te denken. Hij, ondergedompeld in gedachten over dit onderwerp, kwam op de een of andere manier per ongeluk naar het badhuis en daar, terwijl hij in de badkuip zonk, merkte hij dat er zo'n hoeveelheid water uit stroomde, wat het volume van zijn lichaam was dat in de badkuip was ondergedompeld. Toen hij voor zichzelf de waarde van dit feit ontdekte, sprong hij zonder aarzeling uit het bad met vreugde, rende naakt naar huis en liet iedereen met luide stem weten dat hij had gevonden wat hij zocht. Hij rende weg en riep hetzelfde in het Grieks: "Eureka, Eureka" (Gevonden, gevonden!).
Toen, op basis van zijn ontdekking, maar, zeggen ze, maakte hij twee staven, elk met hetzelfde gewicht als de kroon, een van goud en de andere van zilver. Nadat hij dit had gedaan, vulde hij het vat tot de rand en liet er een zilveren staaf in zakken, en... er stroomde een passende hoeveelheid water uit. Hij haalde de staaf eruit en goot dezelfde hoeveelheid water in het vat ..., het gegoten water afmeten sextari zodat, net als voorheen, het vat tot de rand met water was gevuld. Dus hij ontdekte welk gewicht van zilver overeenkomt met welk specifiek volume water.
Na zo'n studie te hebben gedaan, liet hij de goudstaaf op dezelfde manier zakken ..., en voegde hij dezelfde maat toe van de gemorste hoeveelheid water, gevonden op basis van een kleinere hoeveelheid sextanten water, hoeveel minder volume de staaf inneemt.

Vervolgens werd dezelfde methode gebruikt om het volume van de kroon te bepalen. Ze verplaatste meer water dan een goudstaaf, en de diefstal was bewezen.

Sextarius (sextarius)- Romeinse maat voor volume, gelijk aan 0,547 l
Sextant (sextans)- Romeinse maat voor massa, gelijk aan 54,6 gram(1 sextant = 2 ons; gewicht van 1 sextant = 0,53508 N)

En nu, aandacht, vraag: Is het mogelijk om de hoeveelheid goud in de kroon te berekenen die is vervangen door zilver met behulp van de methode van Archimedes?

Antwoord: Volgens de gegevens die Archimedes had, had hij alleen het recht om te beweren dat de kroon geen puur goud was. Maar om precies vast te stellen hoeveel goud door de meester was verborgen en vervangen door zilver, kon Archimedes niet. Dit zou mogelijk zijn als het volume van een legering van goud en zilver strikt gelijk zou zijn aan de som van de volumes van de samenstellende delen. In feite hebben slechts enkele legeringen deze eigenschap. Wat betreft het volume van een legering van goud en zilver, het is minder dan de som van de volumes van de metalen die erin zijn opgenomen. Met andere woorden, de dichtheid van een dergelijke legering is groter dan de dichtheid die wordt verkregen als resultaat van de berekening volgens de regels van eenvoudig mengen. Een ander ding is als goud niet door zilver zou worden vervangen, maar door koper: het volume van een legering van goud en koper is precies gelijk aan de som van de volumes van de samenstellende delen. In dit geval geeft de methode van Archimedes, beschreven in het bovenstaande verhaal, een onmiskenbaar resultaat.

Heel vaak wordt dit verhaal in verband gebracht met de ontdekking van de wet van Archimedes, hoewel het om de methode gaat het bepalen van het volume van lichamen met een onregelmatige vorm en methoden het bepalen van het soortelijk gewicht van lichamen door hun volume te meten door onderdompeling in een vloeistof.

Ik wens je succes met je beslissing
kwaliteitsproblemen in de natuurkunde!

Literatuur:
§ Katz Ts.B. Biofysica bij natuurkundelessen
Moskou: uitgeverij Verlichting, 1988
§ Zjytomyr SV Archimedes
Moskou: uitgeverij Verlichting, 1981
§ Gorev L.A. Vermakelijke experimenten in de natuurkunde
Moskou: uitgeverij Verlichting, 1977
§ Lukashik V.I. Natuurkunde Olympiade
Moskou: uitgeverij Verlichting, 1987
§ Perelman Ya.I. Ken je natuurkunde?
Domodedovo: VAP uitgeverij, 1994
§ Tulchinsky M.E. Kwalitatieve problemen in de natuurkunde
Moskou: uitgeverij Verlichting, 1972
§ Erdavletov SR, Rutkovsky O.O. Interessante geografie van Kazachstan
Alma-Ata: uitgeverij Mektep, 1989.

In de vierde taak van het examen natuurkunde testen we onze kennis van communicerende vaten, de krachten van Archimedes, de wet van Pascal, momenten van krachten.

Theorie voor opdracht nr. 4 GEBRUIK in de natuurkunde

Moment van kracht

Moment van kracht is een grootheid die de roterende werking van een kracht op een star lichaam kenmerkt. Het krachtmoment is gelijk aan het product van de kracht F op een afstand H van de as (of centrum) naar het aangrijpingspunt van deze kracht en is een van de belangrijkste concepten van dynamiek: m 0 = ff.

AfstandH vaak aangeduid als de schouder van kracht.

In veel problemen van dit deel van de mechanica wordt de regel van momenten van krachten toegepast die worden uitgeoefend op een lichaam, dat gewoonlijk als een hefboom wordt beschouwd. De evenwichtstoestand van de hefboom F 1 / F 2 \u003d l 2 / l 1 kan zelfs worden gebruikt als er meer dan twee krachten op de hendel worden uitgeoefend. In dit geval wordt de som van alle krachtmomenten bepaald.

Wet van communicerende vaten

Volgens de wet van de communicerende vaten in open communicerende vaten van elk type is de vloeistofdruk op elk niveau hetzelfde.

Tegelijkertijd worden de drukken van de kolommen boven het vloeistofniveau in elk vat vergeleken. De druk wordt bepaald door de formule: p=ρgh. Als we de drukken van de vloeistofkolommen gelijkstellen, krijgen we de gelijkheid: ρ 1 gh 1 = ρ 2 gh 2. Hieruit volgt de relatie: ρ 1 uur 1 = ρ 2 uur 2, of ρ 1 / ρ 2 \u003d h 2 / h 1. Dit betekent dat de hoogte van de vloeistofkolommen omgekeerd evenredig is met de dichtheid van de stoffen.

Kracht van Archimedes

Archimedische of drijvende kracht treedt op wanneer een vast lichaam wordt ondergedompeld in een vloeistof of gas. Een vloeistof of gas heeft de neiging om de plaats in te nemen die hen "weggenomen" is, daarom duwen ze het naar buiten. De Archimedes-kracht werkt alleen als de zwaartekracht op het lichaam inwerkt mg

De kracht van Archimedes wordt traditioneel aangeduid als F A.

Analyse van typische opties voor taken nr. 4 GEBRUIK in de natuurkunde

Demoversie 2018

Oplossingsalgoritme:

1. Onthoud de regel van momenten.
2. Vind het moment van kracht gecreëerd door belasting 1.
3. We vinden de schouder van de kracht die belasting 2 zal creëren wanneer deze wordt opgehangen. We vinden het moment van kracht.
4. We stellen de krachtmomenten gelijk en bepalen de gewenste waarde van de massa.
5. We schrijven het antwoord op.

Oplossing:

De eerste versie van de taak (Demidova, No. 1)

Het krachtmoment dat op de hendel aan de linkerkant werkt, is 75 N∙m. Welke kracht moet er op de hendel aan de rechterkant worden uitgeoefend om hem in evenwicht te houden als zijn arm 0,5 m is?

Oplossingsalgoritme:

1. We introduceren de notatie voor de grootheden die in de voorwaarde worden gegeven.
2. We schrijven de regel van krachtmomenten uit.
3. We drukken kracht uit via het moment en de schouder. Berekenen.
4. We schrijven het antwoord op.

Oplossing:

1. Om de hefboom in balans te brengen worden de krachtmomenten M 1 en M 2 links en rechts erop uitgeoefend. Het krachtmoment links is voorwaardelijk gelijk aan M 1 = 75 N∙m. De arm van de kracht aan de rechterkant is gelijk aan l= 0,5 m
2. Aangezien het vereist is dat de hefboom in evenwicht is, dan volgens de regel van momenten M1 = M2. Voor zover m 1 =F· ik, dan hebben we: M2 =F∙ ik.
3. Uit de resulterende gelijkheid drukken we de kracht uit: F\u003d M 2 /ik= 75/0,5=150 N.

De tweede versie van de taak (Demidova, No. 4)

Archimedische of drijvende kracht treedt op wanneer een vast lichaam wordt ondergedompeld in een vloeistof of gas. Een vloeistof of gas heeft de neiging om de plaats in te nemen die hen "weggenomen" is, daarom duwen ze het naar buiten. De kracht van Archimedes werkt alleen als de zwaartekracht op het lichaam inwerkt mg. Bij gewichtloosheid ontstaat deze kracht niet.

Draad spankracht: t treedt op wanneer de draad probeert uit te rekken. Het hangt er niet van af of er zwaartekracht aanwezig is.

Als er meerdere krachten op een lichaam werken, wordt bij het bestuderen van de beweging of evenwichtstoestand rekening gehouden met de resultante van deze krachten.

Oplossingsalgoritme:

1. We vertalen de data van de conditie naar SI. We voeren de tabelwaarde van de waterdichtheid in die nodig is voor het oplossen.
2. We analyseren de toestand van het probleem, bepalen de druk van vloeistoffen in elk vat.
3. We schrijven de vergelijking van de wet van communicerende vaten op.
4. We schrijven het antwoord op.

Oplossing:

De derde versie van de taak (Demidova, nr. 20)

Oplossingsalgoritme:

1. We analyseren de toestand van het probleem, bepalen de druk van vloeistoffen in elk vat.
2. We schrijven de gelijkheid van de wet van communicerende vaten op.
3. We vervangen de numerieke waarden van de hoeveelheden en berekenen de gewenste dichtheid.
4. We schrijven het antwoord op.

Tijdens deze les wordt experimenteel vastgesteld wat wel en niet afhankelijk is van de grootte van de opwaartse kracht die optreedt wanneer een lichaam wordt ondergedompeld in een vloeistof.

De oude Griekse wetenschapper Archimedes (Fig. 1) werd beroemd door zijn talrijke ontdekkingen.

Rijst. 1. Archimedes (287-212 v.Chr.)

Hij was het die voor het eerst de opwaartse kracht ontdekte, verklaarde en wist te berekenen. In de laatste les hebben we ontdekt dat deze kracht inwerkt op elk lichaam dat is ondergedompeld in een vloeistof of gas (Fig. 2).

Rijst. 2. Kracht van Archimedes

Ter ere van Archimedes wordt deze kracht ook wel de Archimedische kracht genoemd. Door berekening hebben we een formule verkregen om deze kracht te berekenen. In deze les zullen we een experimentele methode gebruiken om erachter te komen of: van welke factoren hangt de opwaartse kracht af en van welke niet.

Voor het experiment gebruiken we lichamen van verschillende volumes, een vat met vloeistof en een dynamometer.

Bevestig een gewicht van een kleiner volume aan een rollenbank en meet het gewicht van dit gewicht eerst in lucht: , en laat het gewicht vervolgens zakken in vloeistof: . In dit geval is te zien dat de waarde van de vervorming van de veer na het verlagen van de belasting in de vloeistof praktisch niet veranderde. Dit suggereert dat de opwaartse kracht die op de last inwerkt klein is.

Fig 3. Experimenteer met een kleine volumelading

Nu bevestigen we een groter gewicht aan de dynamometerveer en dompelen deze onder in de vloeistof. We zullen zien dat de vervorming van de veer aanzienlijk is afgenomen.

Dit gebeurde vanwege het feit dat de omvang van de opwaartse kracht groter werd.

Fig 4. Experimenteer met een lading met een groter volume

Op basis van de resultaten van dit experiment kan een tussenconclusie worden getrokken.

Hoe groter het volume van het lichaamsdeel dat in de vloeistof is ondergedompeld, hoe groter de opwaartse kracht die op het lichaam inwerkt.

Laten we twee lichamen nemen van hetzelfde volume, maar gemaakt van verschillende materialen. Dit betekent dat ze verschillende dichtheden hebben. We hangen eerst één gewicht aan de rollenbank en laten dit in de vloeistof zakken. Door de aflezingen van de rollenbank te veranderen, vinden we de opwaartse kracht.

Rijst. 5 Experimenteer met het eerste gewicht

Dan zullen we dezelfde bewerking uitvoeren met de tweede lading.

Rijst. 6 Experimenteer met het tweede gewicht

Hoewel het gewicht van het eerste en het tweede gewicht verschillend is, zullen de dynamometerwaarden bij onderdompeling in vloeistof met dezelfde hoeveelheid afnemen.

Dit betekent dat in beide gevallen de waarde van de opwaartse kracht hetzelfde is, hoewel de gewichten van verschillende materialen zijn gemaakt.

Er kan dus nog een tussenconclusie worden getrokken.

De grootte van de opwaartse kracht hangt niet af van de dichtheid van de lichamen die in de vloeistof zijn ondergedompeld.

We bevestigen het gewicht aan de veer van de dynamometer en laten het in het water zakken zodat het volledig in de vloeistof wordt ondergedompeld. Let op de aflezingen van de rollenbank. Nu zullen we de vloeistof langzaam in het vat gieten. We zullen merken dat de aflezingen op de rollenbank praktisch niet veranderen . Dit betekent dat de opwaartse kracht niet verandert.

Rijst. 7 Experiment #3

Derde tussenconclusie.

De grootte van de opwaartse kracht hangt niet af van de hoogte van de vloeistofkolom boven het lichaam dat in de vloeistof is ondergedompeld.

Bevestig het gewicht aan de dynamometerveer. De aflezingen van de rollenbank opmerken wanneer het lichaam in de lucht is: , laten we het lichaam eerst onderdompelen in water: en dan in olie: . Door de aflezingen van de rollenbank te wijzigen, kan worden beoordeeld dat de op een lichaam in water werkende kracht groter is dan de op hetzelfde lichaam in olie werkende kracht.

Rijst. 8 Experiment # 4

Merk op dat de dichtheid van water is, en de dichtheid van olie is minder en is slechts . Dit leidt tot de volgende conclusie.

Hoe groter de dichtheid van de vloeistof waarin het lichaam is ondergedompeld, hoe groter de opwaartse kracht die vanuit de gegeven vloeistof op het lichaam inwerkt.

Dus, als we de resultaten van de uitgevoerde experimenten samenvatten, kunnen we concluderen dat de grootte van de opwaartse kracht

hangt er van af:

1) op de dichtheid van de vloeistof;

2) op het volume van het ondergedompelde deel van het lichaam;

hangt niet af van:

1) op de dichtheid van het lichaam;

2) op de vorm van het lichaam;

3) op de hoogte van de vloeistofkolom boven het lichaam;

De verkregen resultaten zijn volledig in overeenstemming met de formule voor de grootte van de opwaartse kracht die in de vorige les is verkregen:

Deze formule bevat, naast de versnelling van de vrije val, slechts twee grootheden die de omstandigheden van de experimenten beschrijven: de dichtheid van de vloeistof en het volume van het ondergedompelde deel van het lichaam.

Bibliografie

1. Peryshkin AV Fysica. 7 cellen - 14e druk, stereotype. - M.: Trap, 2010.
2. AV Peryshkin Physics Grade 7: leerboek. voor algemeen onderwijs instellingen. - 2e druk, stereotype. - M.: Trap, 2013. - 221 d.
3. Lukashik VI, Ivanova E.V. Het verzamelen van taken in de natuurkunde voor de rangen 7-9 van onderwijsinstellingen. - 17e druk. - M.: Verlichting, 2004.

1. Internetportaal "eduspb.com" ()
2. Internetportaal "class-fizika.narod.ru" ()
3. Internetportaal "krugosvet.ru" ()

Huiswerk

1. Wat is opwaartse kracht? Schrijf de formule ervoor op.
2. Een kubus van een bepaald volume werd in water geplaatst. Hoe verandert de opwaartse kracht die op de kubus inwerkt als het volume wordt verdubbeld?
3. Identieke lichamen werden in verschillende vloeistoffen geplaatst: één in olie en de tweede in water. In welk geval zal de opwaartse kracht op het lichaam groter zijn?

Wat heb je nodig om het examen natuurkunde met een hoge score te halen? Los meer problemen op en luister naar het advies van een ervaren leraar. Wij helpen u met zowel het eerste als het tweede. Andrei Alekseevich beschouwt een probleem in de mechanica.

Taak # 28

De taak:

Een houten blok drijft op het wateroppervlak in een container. De container rust op het aardoppervlak. Wat gebeurt er met de diepte van het blok in het water als de kom zich op de vloer van een lift bevindt die verticaal naar boven versnelt? Leg je antwoord uit aan de hand van natuurkundige wetten.

Oplossing:

Laten we eens kijken naar verschillende aspecten van deze taak.

1) Als de staaf op het wateroppervlak drijft, betekent dit dat er een kracht op werkt, die wordt genoemd de kracht van Archimedes. In ons geval drijft de staaf gewoon en zinkt niet, wat betekent dat in ons geval de Archimedes-kracht zo groot is dat deze de staaf op het wateroppervlak ondersteunt. Numeriek zal deze krachtmodulo gelijk zijn aan het gewicht van het water dat door de staaf wordt verplaatst. Dit volgt uit de definitie van Archimedische kracht.

2) Afhankelijk van de toestand van het probleem, zijn de bar, het water en de container eerst in rust ten opzichte van de aarde. Dit betekent dat de kracht van Archimedes de zwaartekracht die op het drijvende blok inwerkt, in evenwicht houdt. In dit geval zijn de massa van de staaf en de massa van het water dat erdoor verplaatst wordt gelijk.

3) Verder zijn de bar, het water en de container, afhankelijk van de toestand, in rust ten opzichte van elkaar en bewegen ze samen in de lift met versnelling ten opzichte van de aarde omhoog. Het blijkt dat dezelfde kracht van Archimedes, samen met de zwaartekracht, dezelfde versnelling geeft aan zowel de drijvende staaf als het water in het door de staaf verplaatste volume, wat leidt tot de relatie:

Het blijkt dat de optelversnelling hetzelfde is voor zowel de balk als het water dat erdoor verplaatst wordt. Hieruit concluderen we dat wanneer we met versnelling ten opzichte van de aarde bewegen, de massa van de staaf en de massa van het water dat daardoor wordt verplaatst hetzelfde zijn. Aangezien de massa van de staaf onder de eerste voorwaarde (rust ten opzichte van de aarde) en onder de tweede voorwaarde (versnelde opwaartse beweging) hetzelfde is, zal de watermassa die erdoor wordt verplaatst in beide gevallen hetzelfde zijn.

4) Nog een toevoeging. Water is onder normale omstandigheden praktisch onsamendrukbaar, dus nemen we de dichtheid van water in beide gevallen hetzelfde.

Op basis van onze redenering concluderen we dat bij het omhoog gaan het volume verplaatst water niet verandert en dat de diepte van onderdompeling van de staaf in het water in de lift ongewijzigd blijft.

site, bij volledige of gedeeltelijke kopie van het materiaal, is een link naar de bron vereist.