ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ ПО ТЕМЕ "СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА" 

 Средняя плотность и плавание тел

          Чтобы понять значение величины средней плотности для плавучести тела проделаем опыт, который нередко проделывают люди,  когда хотят приготовить раствор соли (рассол) нужной концентрации для посола рыбы. Возьмем банку с водой, небольшую картофелину и немного соли. Опустим картофелину в воду и убедимся, что клубень опустился на дно.
       Станем понемногу добавлять в воду соль, помешивая палочкой, чтобы она растворилась. Наконец, увидим, что картофелина оторвалась от дна сосуда и "висит" в толще жидкости.   Добавим соли еще, увидим, что клубень устремляется вверх и останавливается у поверхности. Это и есть нужная концентрация рассола для посола рыбы. Если добавить соли еще, клубень всплывет сильнее, большая его часть окажется на поверхности.
        Как это можно объяснить? Добавляя соль, мы увеличиваем плотность жидкости. Сначала плотность воды, по-видимому была меньше плотности картофеля и клубень тонул. Потом плотности жидкости и картофеля сравнялись и клубень стал плавать внутри жидкости, оставаясь полностью погруженным. Наконец, плотность жидкости стала больше плотности картофеля, и клубень всплыл на поверхность. При увеличении плотности жидкости плавающее тело погружено в нее   меньше.

     Плавать могут не только твердые тела, но и несмешивающиеся жидкости. Если заглянуть в таблицу, то можно увидеть, что  жидкости и твердые тела , показанные на рисунке 3, расположатся именно так.
Для определения плотности жидкости служит ареометр (рис.7). Обычно- это запаянная стеклянная трубочка с грузиком внизу  и шкалой вверху. Чем глубже погружается ареометр в жидкость - тем меньше ее плотность. Стеклянный ареометр плавает  потому, что внутри него - воздух, и поэтому средняя плотность ареометра меньше плотности воды. По этой же причине плавают и корабли, имеющие   стальной корпус (рис.4). Если корабль нагружают, он под действием силы тяжести погружается глубже в воду, при этом вытесняется больше воды и архимедова сила, выталкивающая судно кверху, становится больше, уравновешивая силу тяжести.  Если корабль входит из моря в реку, то его осадка увеличивается, так как плотность речной воды меньше, чем морской. Таким образом, условием плавания тела является равенство архимедовой силы и силы тяжести. Если сила тяжести больше архимедовой силы, то тело тонет, а когда меньше - то всплывает и плавает на поверхности, погружаясь в жидкость лишь частично.  Глубина погружения плавающего тела зависит от соотношения плотностей тела и жидкости. Плотность льда составляет 900кг на куб.м, а воды 1000 кг на куб.м, поэтому  соотношение подводной и надводной части айсберга составляет 9:1 (ри.5).

    Давайте  запишем условие плавания тела в виде формулы, представим, что тело погружено в жидкость полностью:

F_a =  F_т , запишем подробнее:     ρ_{жидкости}gV = ρ_телаgV , разделим на gV:        ρ_{жидкости}= ρ_тела  

  Мы видим, что тело плавает внутри жидкости, если плотность тела равна плотности жидкости. Разумеется, всегда можно подобрать среднюю плотность тела так, чтобы оно плавало внутри жидкости, как это, например, делает подводная лодка, заполняя балластные цистерны то воздухом, то водой. Примером этого может служить также модель "Картезианский водолаз", которую нетрудно изготовить из пластиковой бутылки (рис. 6).Стоит нажать на бутылку, воздух сожмется в бутылке, а значит и  в  пробирке. Уменьшится ее  средняя плотность, и "водолаз" двинется вниз. Нечто подобное проделывают, кстати, рыбы, меняя объем своего плавательного пузыря.
     Если заменить знак равенства в приведенных выше выкладках знаком > или <, мы получим условие всплывания тела  (плавания на  поверхности) и погружения.

 F_{a >} F_т           ρ_{жидкости}gV > ρ_телаgV          ρ_{жидкости}  >  ρ_тела      тело всплывает и плавает на поверхности; 

F_{a  <}  F_т           ρ_{жидкости}gV < ρ_телаgV        ρ_{жидкости}< ρ_тела                   тело тонет     

     Итак, если плотность (или средняя плотность) тела меньше плотности жидкости, то тело всплывает в этой жидкости и плавает на поверхности. Если плотность тела равна плотности жидкости, то тело плавает в ней, будучи полностью погруженным в эту жидкость. Тело может при этом находиться на любой глубине. Если же плотность тела больше плотности жидкости, то тело тонет в этой  жидкости.

 На стр. "Учебник"                 Конспект

На сайт    Карта сайта     Список статей      Материалы для урока