Žinome, kad bet kurį skystyje esantį kūną veikia dvi priešingomis kryptimis nukreiptos jėgos: gravitacijos jėga ir Archimedo jėga. Gravitacijos jėga lygi kūno svoriui ir nukreipta žemyn, o Archimedo jėga priklauso nuo skysčio tankio ir yra nukreipta į viršų. Kaip fizika paaiškina kūnų plūduriavimą, o kokios sąlygos plūduriuojantiems paviršiuje ir vandens storymėje?

Kūno plūduriavimo būklė

Pagal Archimedo dėsnį kūnų plūduriavimo sąlyga yra tokia: jei gravitacijos jėga lygi Archimedo jėgai, tai kūnas gali būti pusiausvyroje bet kurioje skysčio vietoje, tai yra plūduriuoti savo storiu. Jei gravitacija yra mažesnė už Archimedo jėgą, kūnas pakils iš skysčio, tai yra, plūduriuos. Tuo atveju, kai kūno svoris yra didesnis už jį išstumiančią Archimedo jėgą, kūnas grims į dugną, tai yra, nugrims. Plūduriavimo jėga priklauso nuo skysčio tankio. Tačiau ar kūnas plūduriuos, ar skęs, priklauso nuo kūno tankio, nes dėl jo tankio padidės jo svoris. Jei kūno tankis didesnis už vandens tankį, tada kūnas paskęs. Kaip būti tokiu atveju?

Išdžiūvusio medžio tankis dėl ertmių, užpildytų oru, yra mažesnis už vandens tankį ir medis gali plūduriuoti paviršiuje. Tačiau geležis ir daugelis kitų medžiagų yra daug tankesnės už vandenį. Kaip tokiu atveju galima statyti laivus iš metalo ir gabenti įvairius krovinius vandeniu? Ir šiam žmogui sugalvojo mažą gudrybę. Į vandenį panirusio laivo korpusas yra padarytas tūrinis, o šio laivo viduje yra didelės ertmės, užpildytos oru, kurios labai sumažina bendrą laivo tankį. Taip labai padidėja laivo išstumto vandens tūris, didėja jo stūmimo jėga, o bendras laivo tankis daromas mažesnis už vandens tankį, kad laivas galėtų plūduriuoti paviršiumi. Todėl kiekvienas laivas turi tam tikrą krovinio masės ribą, kurią jis gali nuvežti. Tai vadinama laivo poslinkiu.

Išskirti tuščias poslinkis yra paties laivo masė ir bendras poslinkis- tai tuščias tūris plius bendra įgulos masė, visa įranga, atsargos, kuras ir kroviniai, kuriuos šis laivas paprastai gali nunešti be pavojaus nuskęsti esant santykinai ramiam orui.

Vandens aplinkoje gyvenančių organizmų kūno tankis yra artimas vandens tankiui. Dėl šios priežasties jie gali būti vandens stulpelyje ir plaukti gamtos jiems duotų prietaisų dėka - plekšnės, pelekai ir kt. Atlieka svarbų vaidmenį žuvų judėjime ypatingas kūnas - plaukimo pūslė. Žuvis gali keisti šio burbulo tūrį ir oro kiekį jame, dėl to gali kisti bendras jo tankis, o žuvis gali plaukti skirtingame gylyje nepatirdama nepatogumų.

Tankis Žmogaus kūnasšiek tiek tankesnis už vandenį. Tačiau žmogus, kai jo plaučiuose yra tam tikras oro kiekis, gali ramiai plūduriuoti ir vandens paviršiuje. Jei eksperimento sumetimais būdami vandenyje iškvėpsite visą orą iš plaučių, pamažu imsite grimzti į dugną. Todėl visada atminkite, kad maudytis nėra baisu, pavojinga nuryti vandenį ir leisti jį į plaučius – tai dažniausia tragedijų ant vandens priežastis.

Plaukimas – tai kūno gebėjimas išsilaikyti skysčio paviršiuje arba tam tikrame skysčio lygyje.

Žinome, kad bet kurį skystyje esantį kūną veikia dvi priešingomis kryptimis nukreiptos jėgos: gravitacijos jėga ir Archimedo jėga.

Gravitacijos jėga lygi kūno svoriui ir nukreipta žemyn, o Archimedo jėga priklauso nuo skysčio tankio ir yra nukreipta į viršų. Kaip fizika paaiškina kūnų plūduriavimą ir kokios sąlygos kūnams plūduriuoti paviršiuje ir vandens storymėje?

Archimedo jėga išreiškiama formule:

Fvyt \u003d g * m šulinys \u003d g * ρ šulinys * V šulinys \u003d P šulinys,

kur m w yra skysčio masė,

o P W – kūno išstumto skysčio svoris.

O kadangi mūsų masė lygi: m W = ρ W * V W, tai iš Archimedo jėgos formulės matome, kad ji priklauso ne nuo panardinto kūno tankio, o tik nuo išstumto skysčio tūrio ir tankio. pagal kūną.

Archimedo jėga yra vektorinis dydis. Plūdrumo jėgos egzistavimo priežastis yra slėgio skirtumas viršutinėje ir apatinė dalis korpusas.Paveiksle parodytas slėgis yra P 2 > P 1 dėl didesnio gylio. Archimedo jėgai atsirasti pakanka, kad kūnas bent iš dalies būtų panardintas į skystį.

Taigi, jei kūnas plūduriuoja skysčio paviršiuje, tai plūduriuojanti jėga, veikianti šio kūno dalį, panardintą į skystį, yra lygi viso kūno gravitacijai. (Fa = P)

Jei gravitacija yra mažesnė už Archimedo jėgą (Fa > P), tada kūnas pakils iš skysčio, tai yra, plūduriuos.

Tuo atveju, kai kūno svoris yra didesnis nei jį išstumianti Archimedo jėga (Fa

Iš gauto santykio galima padaryti svarbias išvadas:

Plūduriavimo jėga priklauso nuo skysčio tankio. Ar kūnas skęs, ar plūduriuos skystyje, priklauso nuo kūno tankio.

Kūnas plūduriuoja visiškai panardintas į skystį, jei jo tankis lygus skysčio tankiui

Kūnas plūduriuoja, iš dalies išsikišęs virš skysčio paviršiaus, jei kūno tankis yra mažesnis už skysčio tankį

- jei kūno tankis didesnis už skysčio tankį, plaukimas neįmanomas.

Žvejų valtys gaminamos iš sausos medienos, kurios tankis mažesnis nei vandens.

Kodėl laivai plūduriuoja?

Į vandenį panirusio laivo korpusas yra padaromas tūriniu, o šio laivo viduje yra didelės oro užpildytos ertmės, kurios labai sumažina bendrą laivo tankį. Taip labai padidėja laivo išstumto vandens tūris, didėja jo stūmimo jėga, o bendras laivo tankis daromas mažesnis už vandens tankį, kad laivas galėtų plūduriuoti paviršiumi. Todėl kiekvienas laivas turi tam tikrą krovinio masės ribą, kurią jis gali nuvežti. Tai vadinama laivo poslinkiu.

Pamokos tipas: studijuoti

Naudojamos technologijos: Tradicinis, grupinis, novatoriškas.

Pamokos tikslas: Išsiaiškinkite plūduriuojančių kūnų sąlygas priklausomai nuo skysčio ir kūno tankio, įsisavinkite jas supratimo ir taikymo lygmeniu, pasitelkdami mokslo žinių logiką.

Užduotys:

1. teoriškai ir eksperimentiškai nustato kūno tankio ir skysčio ryšį, būtiną kūnų plūduriavimo sąlygoms užtikrinti;
2. toliau formuoti mokinių gebėjimą atlikti eksperimentus ir iš jų daryti išvadas;
3. gebėjimų stebėti, analizuoti, lyginti, apibendrinti ugdymas;
4. domėjimosi dalyku skatinimas;
5. kultūros ugdymas organizuojant švietėjišką darbą.

Tikėtini Rezultatai:

Žinoti: Plaukimo sąlygos tel.

Galėti: Eksperimentu išsiaiškinkite plūduriuojančių kūnų sąlygas.

Įranga: Multimedija, ekranas, individualios užduočių kortelės, tankumo lentelė, bandomosios medžiagos.

Per užsiėmimus

Žinių aktyvinimas:

Mokytojas:

– Ankstesnėse pamokose nagrinėjome skysčio ir dujų poveikį juose panardintam kūnui, nagrinėjome Archimedo dėsnį, plūduriuojančių kūnų sąlygas. Šios pamokos temą išmoksime spręsdami kryžiažodį.

Horizontaliai: 1. Padalinio vienetas. 2. Masės vienetas. 3. Keli masės vienetai. 4. Ploto vienetas. 5. Laiko vienetas. 6. Jėgos vienetas. 7. Tūrio vienetas. 8. Ilgio vienetas.

Atsakymai: 1. Paskalis. 2. Kilogramas. 3. Tonos. 4. Kvadratinis metras. 5. Valanda. 6. Niutonas. 7. Litras. 8. Metras.

(Pamokos tema surašyta sąsiuvinyje)

Mokytojas: Tačiau dabar, prieš pradėdami spręsti eksperimentines problemas, atsakysime į keletą klausimų. Kokia jėga susidaro, kai kūnas panardinamas į skystį?

Mokiniai: Archimedo stiprumas.

Mokytojas: Kur nukreipta ši jėga?

Mokiniai: Jis nukreiptas vertikaliai į viršų.

Mokytojas: Nuo ko priklauso Archimedo jėga?

Mokiniai: Archimedo jėga priklauso nuo kūno tūrio ir skysčio tankio.

Mokytojas: O jei kūnas nėra visiškai panardintas į skystį, tai kaip nustatoma Archimedo jėga?

Mokiniai: Tada, norint apskaičiuoti Archimedo jėgą, reikia naudoti formulę F A = ​​​​ρ x gV, kur V yra tos kūno dalies, kuri yra panardinta į skystį, tūris.

Mokytojas: Kaip galima eksperimentiškai nustatyti Archimedo jėgą?

Mokiniai: Galite pasverti kūno išstumtą skystį, jo svoris bus lygus Archimedo jėgai. Galite rasti dinamometro rodmenų skirtumą sveriant kūną ore ir skystyje, šis skirtumas taip pat lygus Archimedo jėgai. Kūno tūrį galite nustatyti naudodami liniuotę arba stiklinę. Žinodami skysčio tankį, kūno tūrį, galite apskaičiuoti Archimedo jėgą.

Mokytojas: Taigi, mes žinome, kad bet koks kūnas, panardintas į skystį, yra veikiamas Archimedo jėgos. Be to, kokia jėga veikia bet kurį kūną, panardintą į skystį?

Mokiniai: Gravitacija.

Mokytojas: Ar galite pateikti vandens paviršiuje plūduriuojančių kūnų pavyzdžių? Kokie kūnai skęsta vandenyje? Kaip kitaip kūnas gali elgtis vandenyje? Kas yra šie kūnai? Pabandykite atspėti, apie kurį plūduriuojantį kūną dabar kalbame.

Šiandien virš jūros
Didelis karštis;
Ir plūduriuoja jūroje
Ledo kalnas.
Plaukiojantis ir tikriausiai
Mano:
Ji irgi neištirps karštyje.

Mokiniai: Ledkalnis.

Mokytojas: Ar kas nors pasikeistų, jei vandenį vandenyne akimirksniu pakeistume į žibalą?

(Studentai susipainioja)

Jūs negalite tiksliai atsakyti į šį klausimą. Bet jūs jau turite idėjų, hipotezių. Šiandien pamokoje spręskime problemą kartu: Sužinokite: Kokios sąlygos kūnams plūduriuoti skystyje.

Tyrimo problemų sprendimas:

Užsirašykite pamokos temą į sąsiuvinį – „Plaukiojančių kūnų sąlygos“.

Mokytojas: Vaikinai, ar žinote, kuris mokslininkas tyrinėjo kūnų plaukimą?

Mokiniai: Archimedas.

Mokytojas: Pabandykime visą informaciją apie kūnų plūduriavimo sąlygas patikrinti eksperimentiškai, atlikdami tyrimus. Tai jau padarėme tirdami trinties jėgą. Kiekviena grupė gaus savo užduotį. Atlikę užduotis aptarsime gautus rezultatus, išsiaiškinsime kūnų plukdymo sąlygas.

Įrašykite visus rezultatus į užrašų knygelę. Jei turite klausimų, pakelkite ranką.

(Vaikai gauna korteles su užduotimis ir įranga joms įgyvendinti – 7 variantai. Užduočių parinktys sudėtingumo požiūriu nevienodos: pirmosios yra paprasčiausios, 6 ir 7 – sunkesnės. Jie skiriami atsižvelgiant į mokymo lygį.)

Užduotys:

Užduotis 1 grupei:

1. Stebėkite, kuris iš siūlomų kūnų skęsta, o kuris plūduriuoja vandenyje.
2. Vadovėlio lentelėje raskite atitinkamų medžiagų tankį ir palyginkite su vandens tankiu.
3. Pateikite rezultatus lentelės pavidalu.

Įranga: indas su vandeniu ir kūnų rinkinys: plieninė vinis, porcelianinis volelis, švino gabalai, pušies luitas.

Įranga: indas su vandeniu ir korpusų rinkinys: aliuminio gabaliukai, organinis stiklas, putplastis, kamštiena, parafinas.

Užduotis 2 grupei:

1. Palyginkite tokio paties dydžio medinių ir putplasčio kubelių panardinimo į vandenį gylį.
2. Išsiaiškinkite, ar skiriasi medinio kubo panardinimo gylis skirtingo tankio skysčiuose. Eksperimento rezultatą parodykite paveikslėlyje.

Įranga: du indai (su vandeniu ir aliejumi), mediniai ir putplasčio kubeliai.

Užduotis 3 grupei:

1. Palyginkite Archimedo jėgą, veikiančią kiekvieną vamzdelį, su gravitacijos jėga kiekvienam vamzdžiui.
2. Remdamiesi eksperimentų rezultatais, padarykite išvadas.

Įranga: stiklinė, dinamometras, du mėgintuvėliai su smėliu (mėgintuvėliai su smėliu turi plūduriuoti vandenyje, panardinti į skirtingą gylį).

Užduotis 4 grupei:

1. „Ar galite „padaryti“ bulvę plūduriuojančią vandenyje? Padėkite bulvę plūduriuoti vandenyje.
2. Paaiškinkite eksperimento rezultatus. Išdėstykite juos brėžinių pavidalu.

Įranga: indas su vandeniu, mėgintuvėlis su valgomąja druska, šaukštas, vidutinio dydžio bulvė.

5 užduočių grupė:

1. Paimkite plastilino gabalėlį, kad jis plūduriuotų vandenyje.
2. Padėkite folijos gabalėlį plūduriuoti vandenyje.
3. Paaiškinkite eksperimento rezultatus.

Įranga: indas su vandeniu; gabalėlį plastilino ir gabalėlį folijos.

Mokytojas: Mes kalbėjome apie plūduriuojančių kietųjų medžiagų būklę skystyje. Ar vienas skystis gali plaukti ant kito?

6 užduočių grupė: pastebėta, kad dėl vandens plūdrumo kyla alyvos dėmės.

Tikslas: Stebėti į vandenį panardintos alyvos kilimą, eksperimentu atrasti vandens plūduriuojamąjį poveikį, nurodyti plūduriuojančios jėgos kryptį.

Įranga: indai su aliejumi, vandeniu, pipete.

Eksperimento seka:

1. Pipete paimkite kelis lašus aliejaus.
2. Nuleiskite pipetę iki 3-4 cm gylio į stiklinę vandens.
3. Išleiskite alyvą ir stebėkite, kaip vandens paviršiuje susidaro aliejaus dėmė.
4. Remdamiesi savo patirtimi, padarykite išvadą.

Po eksperimento aptariami darbo rezultatai, rezultatai apibendrinami.

Kol mokiniai atlieka užduotis, aš stebiu jų darbą, suteikiu reikiamą pagalbą.

Mokytojas: Baigiame darbus, perkeliame buitinę techniką į stalo kraštą. Pereikime prie rezultatų aptarimo. Pirmiausia išsiaiškinkime, kurie kūnai plūduriuoja skystyje, o kurie skęsta. (1 grupė)

Mokiniai: Vienas jų įvardija tuos kūnus, kurie skęsta vandenyje, kitas – plūduriuojančius, trečiasis lygina kiekvienos grupės kūnų tankius su vandens tankiu. Po to jie visi kartu padaro išvadą.

Išvados:

1. Jei medžiagos, iš kurios pagamintas kūnas, tankis yra didesnis už skysčio tankį, tada kūnas skęsta.
2. Jei medžiagos tankis yra mažesnis už skysčio tankį, tada kūnas plūduriuoja.

(Išvados rašomos sąsiuviniuose.)

Mokytojas: Kas atsitiks su kūnu, jei skysčio ir medžiagos tankiai bus vienodi?

Mokiniai: duoti atsakymą.

Pažiūrėkime, kaip elgiasi skysčio paviršiuje plūduriuojantys kūnai. Vaikinai 2 grupė svarstė, kaip iš medžio ir putplasčio pagaminti kūnai elgiasi tame pačiame skystyje. Ką jie pastebėjo?

Mokiniai: Kūnų panardinimo gylis yra skirtingas. Putų polistirolas plūduriuoja beveik paviršiumi, o medis šiek tiek paniręs į vandenį.

Mokytojas: Ką galima pasakyti apie vandens, aliejaus paviršiuje plūduriuojančio medinio luito panardinimo gylį?

Mokiniai: Aliejuje baras nuskendo giliau nei vandenyje.

Išvada: Taigi kūno panardinimo į skystį gylis priklauso nuo skysčio ir paties kūno tankio.

Parašykime šią išvadą.

Mokytojas: Dabar išsiaiškinkime, ar įmanoma priversti plūduriuoti kūnus, kurie paprastai skęsta vandenyje, pavyzdžiui, bulvę, plastiliną ar foliją. (4 grupė; 5 grupė)

Ką tu stebi?

Mokiniai: Jie skęsta vandenyje. Kad bulvė plūduriuotų, į vandenį įpylėme daugiau druskos.

Mokytojas: Kas nutiko? Kas nutiko?

Mokiniai: Sūrus vanduo padidino tankį ir tapo stipresnis stumti bulvę. Vandens tankis padidėjo, o Archimedo jėga tapo didesnė.

Mokytojas: Teisingai. O užduotį su plastilinu atlikę vaikinai druskos neturėjo. Kaip sekėsi, kad plastilinas plūduriuotų vandenyje?

Mokiniai: Iš plastilino pagaminome valtį. Jis turi didesnį tūrį, todėl plūduriuoja. Iš plastilino galima pasidaryti dėžutę, ji irgi plūduriuoja. Ji taip pat turi daugiau apimties nei plastilino gabalėlis.

Išvada: Taigi, norint, kad įprastai skęstantys kūnai plūduriuotų, galima keisti skysčio tankį arba panirusios kūno dalies tūrį. Šiuo atveju keičiasi ir kūną veikianti Archimedo jėga. Ar manote, kad yra koks nors ryšys tarp gravitacijos jėgos ir Archimedo jėgos plūduriuojantiems kūnams?

Mokytojas:(6 grupė) Grįžkime prie medžiagų tankio lentelės. Paaiškinkite, kodėl ant vandens susidaro aliejaus plėvelė.

Taigi problema išspręsta, taigi skysčiams, kaip ir kietoms medžiagoms, taikomos kūnų plūduriavimo sąlygos.

Pakalbėkime apie skysčius.

Vienas seklus laivas pasikvietė vienu metu tris nesimaišančius skirtingo tankio skysčius ir pakvietė įsikurti su visais patogumais. Kaip svetingame inde buvo išsidėstę skysčiai, jei buvo: variklio alyva, medus ir benzinas.

Nurodykite skysčių tvarką.

Mokiniai:(3 grupė) Į vandenį panardinome du smėlio vamzdelius, vieną lengvesnį ir sunkesnį, ir abu plūduriavo vandenyje. Mes nustatėme, kad Archimedo jėga abiem atvejais yra maždaug lygi gravitacijos jėgai.

Mokytojas:Šauniai padirbėta. Taigi, jei kūnas plūduriuoja, tada F A \u003d F sunkus. (Rašyti ant lentos). O jei kūnas skęsta skystyje?

Mokiniai: Tada gravitacijos jėga yra didesnė už Archimedo jėgą.

Mokytojas: O jei kūnas plūduriuoja?

Mokiniai: Taigi Archimedo jėga yra didesnė už gravitacijos jėgą.

Mokytojas: Taigi, gavome plūduriuojančių kūnų būklę. Bet tai nesusiję nei su kūno tankiu, nei su paties skysčio tankiu. (Šią priklausomybę svarstė I grupės vaikinai). Tai reiškia, kad kūnų sąlygos gali būti formuluojamos dviem būdais: lyginant Archimedo jėgą ir gravitacijos jėgą arba lyginant skysčio ir jame esančios medžiagos tankius. Kur inžinerijoje į šias sąlygas atsižvelgiama?

Mokiniai: Statant laivus. Jie gamino medinius laivus ir valtis. Medienos tankis mažesnis už vandens tankį, o laivai plūduriavo vandenyje.

Mokytojas: Metaliniai laivai taip pat plūduriuoja, tačiau plieno gabalai skęsta vandenyje.

Mokiniai: Su jais elgiamasi taip, kaip mes su plastilinu: padidina tūrį, padidėja Archimedo jėga ir jie plūduriuoja. Jie taip pat gamina pontonus ir povandeninius laivus.

Mokytojas: Taigi laivų statyboje naudojamas faktas, kad keičiant tūrį galima suteikti plūdrumo beveik bet kuriam kūnui. Ar galima kaip nors atsižvelgti į ryšį tarp kūnų plūduriavimo sąlygų ir skysčio tankio kitimo?

Mokiniai: Taip, judant iš jūros į upę, keičiasi laivų grimzlės gylis.

Mokytojas: Pateikite kūnų plūduriavimo sąlygų panaudojimo inžinerijoje pavyzdžių.

Mokiniai: Pontonai naudojami upių kirtimui. Povandeniniai laivai plūduriuoja jūrose ir vandenynuose. Nardymui dalis jų bako pripildoma vandens, o paviršiniam nardymui vanduo išpumpuojamas.

(Rodau šiuolaikinių laivų brėžinius.)

Mokytojas: Atidžiai pažiūrėkite į branduolinį ledlaužį. Mūsų šalyje veikia keli tokie ledlaužiai. Jie yra galingiausi pasaulyje ir gali plaukti neįplaukdami į uostus ilgiau nei metus. Bet apie tai daugiau pakalbėsime kitoje pamokoje.

Lentos išdėstymas: Namų darbas § 48.

Pamokos tema: Plaukiojimo sąlygos tel.

Pamokos santrauka:

Su vaikinais darome išvadą apie tyrimą. Dar kartą apibendriname plūduriuojančių kūnų sąlygas, naudodamiesi lentoje pateikta lentele.

Atspindys:

• Man patiko šios dienos pamoka...
• Aš noriu …
• Aš sužinojau …
• Šiandien esu savimi...

Į skystį panardintą kūną, be gravitacijos, veikia ir plūduriuojanti jėga – Archimedo jėga. Skystis spaudžia visus kūno veidus, tačiau slėgis nėra vienodas. Juk apatinis kūno paviršius yra panardintas į skystį labiau nei viršutinis, o slėgis didėja didėjant gyliui. Tai yra, jėga, veikianti apatinį kūno paviršių, bus didesnė už jėgą, veikiančią viršutinį veidą. Todėl atsiranda jėga, kuri bando išstumti kūną iš skysčio.

Archimedo jėgos reikšmė priklauso nuo skysčio tankio ir tos kūno dalies, kuri yra tiesiogiai skystyje, tūrio. Archimedo jėga veikia ne tik skysčiuose, bet ir dujose.

Archimedo dėsnis: į skystį ar dujas panardintą kūną veikia plūduriavimo jėga, lygi skysčio ar dujų svoriui kūno tūryje. Norint apskaičiuoti Archimedo jėgą, reikia padauginti skysčio tankį, į skystį panardintos kūno dalies tūrį ir pastovią reikšmę g.

Skysčio viduje esantį kūną veikia dvi jėgos: gravitacijos jėga ir Archimedo jėga. Šių jėgų įtakoje kūnas gali judėti. Yra trys plūduriuojančių kūnų sąlygos:

Jei gravitacija yra didesnė už Archimedo jėgą, kūnas grims, nugrims į dugną.

Jei gravitacija lygi Archimedo jėgai, tai kūnas gali būti pusiausvyroje bet kuriame skysčio taške, kūnas plūduriuoja skysčio viduje.

Jei gravitacijos jėga mažesnė už Archimedo jėgą, kūnas plūduriuos, kils aukštyn.

Skysčio paviršiuje plūduriuojantys kūnai

Paviršiaus padėtyje plūduriuojantį kūną išilgai OZ ašies veikia dvi jėgos (1.1 pav.) Tai kūno gravitacijos jėga. G ir plūduriuojanti Archimedo jėga P z .

plaukimas, t.y. panardintas . Pagrindinės navigacijos teorijos sąvokos yra šios:

- burinis lėktuvas(I-I) - skysčio laisvojo paviršiaus plokštuma, kertanti kūną;

- vandens linija - kūno paviršiaus ir plaukimo plokštumos susikirtimo linija;

- juodraštis (y)- žemiausio kūno taško panardinimo gylis. Jame raudona vaterlinija pažymėta didžiausia leistina laivo grimzlė;

- poslinkis - laivo išstumto vandens svoris. Laivo poslinkis pilnai pakrautas yra pagrindinis technine specifikacija;

Poslinkio centras (taškas D, 1.1 pav.) – poslinkio svorio centras, per kurį eina plūduriuojančios Archimedo jėgos veikimo linija;

Navigacijos ašis (О О ") - linija, einanti per svorio centrą C ir poslinkio centrą D, kai kūnas yra pusiausvyroje.

Norint išlaikyti pusiausvyrą, lydymosi ašis turi būti vertikali. Jei plūduriuojantį laivą skersine kryptimi veikia išorinė jėga, pavyzdžiui, vėjo slėgio jėga, tada laivas riedės, navigacijos ašis pasisuks taško C atžvilgiu ir atsiras sukimo momentas M k, sukantis laivą apie išilginė ašis prieš laikrodžio rodyklę (1.2 pav.)

Plaukiojančio kūno stabilumas priklauso nuo santykinės taškų C ir D padėties. Jei svorio centras C yra žemiau poslinkio centro D, tai plaukiant paviršiumi kūnas visada yra stabilus, nes sukimo momentas M k, atsirandantis ritinys visada nukreipiamas priešinga ritiniui kryptimi.

Jei taškas C yra aukščiau taško D (1.3 pav.), tai plūduriuojantis kūnas gali būti stabilus ir nestabilus. Panagrinėkime šiuos atvejus išsamiau.

Su ritiniu poslinkio centras D pasislenka horizontaliai ritinio link, nes viena laivo pusė išstumia didesnį vandens kiekį nei kita.

Tada plūduriuojančios Archimedo jėgos P z veikimo linija eis per naują poslinkio centrą D „ir susikirs su navigacijos ašimi OO“ taške M, vadinamą metacentras. Norėdami suformuluoti stabilumo sąlygą, pažymime segmentą

M D 1 = b,aCD 1 =∆ , kur b - metacentrinis spindulys; ∆- ekscentriškumas.

Stabilumo sąlyga: kūnas yra stabilus, jeigu jo metacentrinis spindulys didesnis už ekscentriškumą, t.y. b > ∆.

Grafinis stabilumo sąlygos aiškinimas parodytas fig. 1.3, kuris parodo, kad a) atveju b > ∆ ir gautas sukimo momentas nukreipiamas priešinga ritiniui kryptimi, o b) atveju turime: b< ∆ ir momentas M iki suka kūną riedėjimo kryptimi, t.y. kūnas nestabilus.

Poslinkis laivas (laivas) - vandens kiekis, kurį išstumia povandeninė laivo (laivo) korpuso dalis. Šio skysčio kiekio svoris yra lygus viso laivo svoriui, nepriklausomai nuo jo dydžio, medžiagos ir formos.

Išskirti tūrinis ir masyvi standartinis, normalus, užbaigti, didžiausias, tuščia poslinkis.

Poslinkis Vandens linija(olandų. vandens linija) – ramaus vandens paviršiaus sąlyčio su plūduriuojančio laivo korpusu linija. Taip pat – laivo teorijoje teorinio brėžinio elementas: korpuso pjūvis pagal horizontalią plokštumą.

Masinis poslinkis

Standartinis poslinkis

Normalus poslinkis

Pilnas poslinkis

Maksimalus poslinkis

Šviesos poslinkis

Povandeninis poslinkis

paviršiaus poslinkis

Plaukiojančių kūnų stabilumas

Stabilumas plūduriuojantys kūnai vadinami jų gebėjimu grįžti prie pradinė padėtis po to, kai jie buvo išvesti iš šios padėties dėl bet kokių išorinių jėgų įtakos.

Norint suteikti plūduriuojančiam kūnui stabilumą, būtina, kad jam nukrypus nuo pusiausvyros padėties, būtų sukurta jėgų pora, kuri grąžins kūną į pradinę padėtį. Tokią jėgų porą gali sukurti tik jėgos G ir P n. Galimi trys variantai įvairių variantų santykinė šių jėgų padėtis (5.3 pav.).

Ryžiai. 5.3. Pusiau panardintų kūnų stabilumas su abipusiu svorio centro ir poslinkio centro išdėstymu a ir b- stabili pusiausvyra

Masės centras yra žemiau poslinkio centro.Svyrant poslinkio centras pasislenka ir dėl kūno padėties pasikeitimo, ir dėl pasislinkusio tūrio formos pasikeitimo. Tokiu atveju atsiranda pora jėgų, siekiančių grąžinti kūną į pradinę padėtį. Todėl kūnas turi teigiamą stabilumą.

Masės centras sutampa su poslinkio centru- korpusas taip pat turės teigiamą stabilumą dėl poslinkio centro poslinkio dėl pasikeitusio tūrio formos.

Masės centras yra aukščiau poslinkio centro.Čia yra du pagrindiniai variantai (5.4 pav.):

1) kėlimo jėgos susikirtimo taškas su navigacijos ašimi M (metacentras) yra žemiau masės centro – balansas bus nestabilus (5.4 pav., a);

2) metacentras yra virš masės centro – balansas bus stabilus (5.4 pav., b). Atstumas nuo metacentro iki masės centro vadinamas metacentrinis aukštis. metacentras - kėlimo jėgos susikirtimo taškas su navigacijos ašimi. Jei taškas M yra virš taško NUO, tada metacentrinis aukštis laikomas teigiamu, jei jis yra žemiau taško NUO- tada jis laikomas neigiamu.

Taigi galima padaryti tokias išvadas:

pusiau panirusio kūno stabilumas priklauso nuo santykinės taškų padėties M ir NUO(nuo metacentrinio aukščio);

kūnas bus stabilus, jei metacentrinis aukštis bus teigiamas, t.y. metacentras yra virš svorio centro. Beveik visos karinės plūduriuojančios transporto priemonės yra pagamintos 0,3–1,5 m metacentriniu aukščiu.

Ryžiai. 5.4. Pusiau panardintų kūnų stabilumas atsižvelgiant į svorio centro ir metacentro santykinę padėtį:

a- nestabili pusiausvyra; b- stabili pusiausvyra

Poslinkis laivas (laivas) - vandens kiekis, kurį išstumia povandeninė laivo (laivo) korpuso dalis. Šio skysčio kiekio masė yra lygi viso laivo masei, nepriklausomai nuo jo dydžio, medžiagos ir formos.

Išskirti tūrinis ir masyvi poslinkis. Pagal laivo krovinio būklę jie išskiria standartinis, normalus, užbaigti, didžiausias, tuščia poslinkis.

Povandeniniams laivams yra po vandeniu poslinkis ir paviršius poslinkis.

Poslinkis

povandeninis povandeninės laivo (laivo) dalies tūris iki vaterlinijos.

Masinis poslinkis

vandentalpa lygi laivo (laivo) masei.

Standartinis poslinkis

pilnai įrengto laivo (laivo) su įgula, bet be kuro, tepalų ir geriamojo vandens talpyklose, poslinkis.

Normalus poslinkis

darbinis tūris, lygus standartiniam tūriui, pridėjus pusę degalų, tepalų ir geriamojo vandens bakuose.

Pilnas poslinkis

darbinis tūris lygus standartiniam tūriui plius visos kuro, tepalų, geriamojo vandens rezervuaruose, krovinio atsargos.

Maksimalus poslinkis

poslinkis lygus standartiniam poslinkiui plius maksimalių rezervų degalai, tepalai, geriamasis vanduo bakuose, kroviniai.

šviesos poslinkis)

tuščio laivo (laivo), tai yra laivo (laivo) be įgulos, kuro, atsargų ir kt.

Povandeninis poslinkis

povandeninio laivo (batiskafo) ir kitų povandeninių laivų povandeninis poslinkis. Viršija paviršiaus poslinkį vandens mase, paimama panardinant į pagrindinius balasto rezervuarus.

paviršiaus poslinkis

povandeninio laivo (batiskafo) ir kitų povandeninių laivų iškėlimas į vandens paviršių prieš panardinimą arba pakilus į paviršių.

Plaukimo kūnai- kieto kūno, iš dalies arba visiškai panardinto į skystį (ar dujas), pusiausvyros būsena.

Pagrindinis kūnų plaukimo teorijos uždavinys – nustatyti kūno, panardinto į skystį, pusiausvyrą, nustatyti pusiausvyros stabilumo sąlygas. Paprasčiausias plūduriuojančių kūnų sąlygas nurodo Archimedo dėsnis. Panagrinėkime šias sąlygas.

Kaip žinote, visi kūnai, panardinti į skystį, yra veikiami Archimedo jėgos F A(išstūmimo jėga), nukreipta vertikaliai į viršų, tačiau ne visos jos atsiranda. Norint suprasti, kodėl vieni kūnai plūduriuoja, o kiti skęsta, reikia atsižvelgti į dar vieną jėgą, veikiančią visus kūnus – gravitacijos jėgą. Ft kuri nukreipta vertikaliai žemyn, t.y. priešinga F A. Jei kūnas paliekamas ramybės būsenos skysčio viduje, jis pradės judėti ta kryptimi, kuria nukreiptos didžiausios jėgos. Šiuo atveju galimi šie atvejai:

1. jei Archimedo jėga mažesnė už gravitacijos jėgą ( F A< F т ), tada kūnas nugrius į dugną, t.y., nusės (pav. a);
2. jei Archimedo jėga yra didesnė už gravitacijos jėgą ( F A > F t), tada kūnas plūduriuos (pav. b);

Jei ši jėga yra didesnė už kūną veikiančią gravitacijos jėgą, kūnas pakils. Tuo paremta aeronautika.

Aeronautikoje naudojami orlaiviai vadinami balionai(iš graikų kalbos. oro- oras, statusą- stovint). Vadinami nevaldomi laisvo skrydžio oro balionai su kamuoliuko formos apvalkalu balionai. Ne taip seniai didžiuliai balionai buvo naudojami viršutiniams atmosferos sluoksniams (stratosferai) tirti - stratostatai. Vadinami valdomi balionai (turintys variklį ir sraigtus). dirižablius.

Balionas ne tik kyla pats, bet ir gali pakelti kai kuriuos krovinius: kajutes, žmones, instrumentus. Norint nustatyti, kokį krovinį gali pakelti oro konteineris, reikia žinoti jo keliamąją jėgą. Baliono kėlimo jėga yra lygi skirtumui tarp Archimedo jėgos ir balioną veikiančios gravitacijos jėgos:

F \u003d F A - F t.

Kuo mažesnis dujų, užpildančių tam tikro tūrio balioną, tankis, tuo mažesnė jį veikianti gravitacijos jėga ir tuo didesnė kėlimo jėga. Balionai gali būti pripildyti helio, vandenilio arba pašildyto oro. Nors vandenilio tankis mažesnis nei helio, saugos sumetimais helis vis tiek naudojamas dažniau (vandenilis yra degiosios dujos).

Daug lengviau pakelti ir nuleisti karšto oro pripildytą balioną. Norėdami tai padaryti, po anga, esančia apatinėje rutulio dalyje, dedamas degiklis. Tai leidžia reguliuoti oro temperatūrą, taigi ir jo tankį bei pakėlimą.

Galite pasirinkti tokią kamuolio temperatūrą, kuriai esant kamuoliuko ir kabinos svoris bus lygus plūduriuojančiai jėgai. Tada kamuolys kabės ore, ir iš jo bus nesunku daryti stebėjimus.