Введение
На двух предыдущих уроках мы выяснили, что на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила. Древнегреческий ученый Архимед предложил способ вычисления этой силы. На данном занятии мы порассуждаем о том, почему тела, погруженные в одни жидкости, будут всплывать на ее поверхность, а погруженные в другие жидкости – тонуть. Почему тела в разных жидкостях ведут себя по-разному?
Поведение различных тел при погружении в жидкость
Рассмотрим поведение двух брусков, железного и деревянного, одинакового объема при их погружении в воду. Железный брусок утонет, а деревянный всплывет на поверхность (см. рис. 1).
Рис. 1. Поведение разных тел в жидкости
Почему же это происходит? Рассмотрим, какие силы действуют на каждый брусок – это силы тяжести 
и выталкивающие силы 
– архимедовы (см. рис. 2).
Рис. 2. Действие сил на погруженные тела
Так как объемы этих тел одинаковы и жидкость, в которую они погружены, одна и та же, то значение выталкивающей силы будет одинаковой:
Бруски выполнены из разного материала, а значит, что при одном и том же объеме, но при различной плотности сила тяжести, действующая на железный брусок, будет больше, чем сила тяжести, действующая на деревянный брусок (см. рис. 3).
Рис. 3. Различие сил тяжести
Итак, поведение брусков в жидкости зависит от того, насколько отличаются силы тяжести и выталкивающие силы:
- если сила тяжести больше архимедовой силы
, то тело тонет; - если сила тяжести приблизительно равна силе Архимеда
, то тело будет плавать внутри жидкости; - если сила тяжести меньше Архимедовой силы
, то тело будет всплывать на поверхность.
Теперь обратимся к математическим выражениям.
Математические выражения
Для того чтобы рассчитать силу тяжести, нам необходимо знать плотность тела 
, ускорение свободного падения 
и объем тела 
.
Для того чтобы рассчитать архимедову силу, нам необходимо знать значение плотности жидкости 
, ускорение свободного падения и объем тела .
Подставим эти выражения в формулы для сил тяжести и архимедовых сил и увидим, что:
- если плотность тела больше плотности жидкости
, то тело тонет; - если плотность тела меньше плотности жидкости
, то тело всплывает на поверхность; - если плотность тела примерно равна плотности жидкости
, то тело плавает в жидкости.
Одно и то же тело, погруженное в разные жидкости
А может ли одно и то же тело тонуть в одной жидкости и плавать в другой? Проверим это экспериментально. Погрузим вареное яйцо в сосуд с водой (см. рис. 4).
Рис. 4. Вареное яйцо в жидкости
Яйцо тонет, но если добавить в воду соль и создать насыщенный раствор, то яйцо будет плавать на поверхности (см. рис. 5).
Рис. 5. Вареное яйцо в насыщенном растворе
То есть, когда плотности жидкостей различны, то чем больше эти плотности, тем больше выталкивающая сила и тело может плавать на поверхности одной жидкости и тонуть в другой. Подобного эффекта мы можем достичь, погрузившись в Мертвое море (см. рис. 6).
Рис. 6. Мертвое море
Плотность воды там составляет до 
. Человек может держаться на поверхности Мертвого моря, практически не прилагая для этого никаких усилий.
Примеры приспособления в природе
Большинство живых организмов, населяющих водную среду, имеет среднюю плотность, равную плотности воды. Именно это позволяет им плавать под водой. Особую роль играет плавательный пузырь. Изменяя его объем, рыбы могут плавать на разной глубине, так как они изменяют выталкивающую силу, действующую на них (см. рис. 7).
Рис. 7. Рыбы плавают на разной глубине благодаря плавательному пузырю
А где же используется подобное свойство в технике? Конечно, в судостроении. Корабли, выполненные из стали, прекрасно держатся на поверхности воды, а подобный кораблю кусок стали будет тонуть в той же самой воде. Итак, изменяя объем тела, можно добиться его плавучести.
Итоги
Сегодня на занятии мы с вами разобрались, почему тела могут плавать или тонуть. Это зависит от соотношения силы тяжести и силы Архимеда. Так же можно сказать, что плавучесть тела будет зависеть от соотношения плотности тела и плотности жидкости.
Список литературы
- Ф.Я. Божинова, Н.М. Кирюхин, Е.А. Кирюхина Физика 7 кл.: Учебник. – Х.: Издательство «Ранок», 2007, 192 с.
- А.В. Перышкин. Физика 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений, 2-е издание, стереотипное. – М.: Дрофа, 2013. – 221 с.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
- Интернет портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)
- Интернет портал «files.school-collection.edu.ru» (Источник)
- Интернет портал «eduspb.com» (Источник)
- Интернет портал «ru.solverbook.com» (Источник)
- Интернет портал «двойкам-нет.рф» (Источник)
Домашнее задание
- Что такое архимедова сила?
- Какое условие должно выполняться, чтобы тело плавало на поверхности воды? Тонуло?
- Сила тяжести, действующая на судно, равна 1000 кН. Какой объем воды вытесняет это судно, если оно держится на плаву?
