Решебник по физике 7 класс Перышкин | Страница 170

1. Почему тяжёлые суда могут плавать?

Тяжелые суда могут плавать, потому что вес судна с грузом в воздухе (или действующая на судно с грузом сила тяжести) равен весу воды, вытесняемой подводной частью судна. Объем подводной части судна может достигать сотен тысяч кубических метров и во много раз превышать объем стали, из которой сделан корпус судна. Поэтому возникает большая архимедова сила, способная удержать судно на плаву.

На корпус судна наносят ватерлинию, чтобы указать наибольшую допустимую осадки. Погружение судна ниже или выше ватерлинии может привести к его затоплению или опрокидыванию.

Грузоподъемность судна – это разность между водоизмещением и весом самого судна.

Подъемную силу шара, наполненного газо, можно рассчитать следующим образом: сначала рассчитываем массу водорода, заполняющего оболочку шара, затем его вес P_в. Рассчитываем архимедову силу F_А, действующую на этот шар в воздухе, она равна весу воздуха. Отсюда вес груза, который может поднять этот шар, равен F = F_А – P_в.

Но прежде всего шар должен поднять свою оболочку, поэтому вес груза, который может поднять шар, будет меньше рассчитанной величины на вес оболочки.

Действующая на шар архимедова сила по мере его подъема становится меньше, так как плотность атмосферного воздуха уменьшается по мере удаления от поверхности земли. После того, как она уменьшится до значения F_А = F_тяж, подъем шара прекращается. Чтобы подняться выше, нужно, чтобы сила тяжести вновь стала меньше архимедовой силы. Для этого с шара сбрасывают специально взятый груз (балласт).

С помощью газовой горелки можно регулировать температуру воздуха, а вместе с ней и его плотность. Горелка располагается под отверстием, находящимся в нижней части шара. При увеличении пламени горелки воздух будет сильнее нагреваться, а шар подниматься выше. Уменьшая пламя горелки и соответственно температуру воздуха, шар можно опустить вниз.

Если в лодку сядут еще два человека, и нарушится условие плавания тел F_А = F_тяж , то глубина погружения лодки увеличится, и она начнет тонуть.

Равновесие весов нарушится, так как увеличится объем (шар раздуется), и увеличится выталкивающая сила (сила Архимеда F_A = ρ_воздVg). Левая чаша поднимется.

Когда из-под колокола воздушного насоса откачали воздух, нарушилось равновесие весов. Это произошло потому, что при откачке воздуха на шар перестала действовать архимедова сила, что привело к увеличению его веса и нарушению равновесия.

Современные подводные лодки не обладают просторными кабинетами, залами и каютами, потому что при большом объеме кают может увеличиться масса подлодки, что приведет к увеличению силы тяжести и как следствие – ухудшению плавучести и контроля глубины погружения.

Изготовив модель корабля из пластиковой бутылки, определили, что максимальный груз, который может принять наш корабль, составляет 500 г

Более совершенную модель корабля построили с помощью пластмассового контейнера. Он смог вместить в себя груз максимальным весом 1 кг.

Ареометр - это прибор, используемый для измерения плотности жидкости. Работа ареометра основана на принципе плавучести. Ареометр состоит из стеклянной или пластиковой трубки с грузиком (обычно из свинца) на одном конце и шкалой с делениями на другом конце. Вводим ареометр в жидкость, которую хотим измерить. Плавучий грузик будет держать ареометр в вертикальном положении. В зависимости от плотности жидкости, ареометр будет подниматься или опускаться внутри жидкости. Более плотная жидкость будет выталкивать больше объема ареометра, и он будет подниматься выше. Наоборот, менее плотная жидкость позволит ареометру погрузиться глубже. Считаются показания шкалы на уровне поверхности жидкости. Шкала ареометра обычно имеет деления, которые показывают плотность жидкости в единицах, таких как г/см³ или г/мл.