Вы здесь

На поверхности воды плавает деревянный брусок как изменятся масса


На поверхности воды плавает деревянный брусок. Физика 18773

На поверхности воды плавает деревянный брусок. Как изменятся масса вытесненной воды и действующая на брусок сила Архимеда, если его заменить бруском той же плотности и той же массы, но меньшей высоты?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

 

1)

увеличится

2)

уменьшится

3)

не изменится

 

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могу повторяться.

 

Масса вытесненной воды

Сила Архимеда

 

 

 

Что плавает ваша лодка? - Урок

Предпосылки и концепции урока для учителей

Информация о конструкции лодок

Корпуса лодок - форма и функции

С фотографиями из книг и журналов после того, как учащиеся завершат задание «Глиняные лодки», они смогут сравнить свои собственные проекты с лодками, обычно используемыми для торговли и отдыха, как в прошлом, так и в настоящем. Им можно руководствоваться, наблюдая за компромиссом между скоростью (насколько быстро лодка может идти с данным источником мощности), остойчивостью (насколько вероятно, что лодка перевернется под заданной боковой силой), осадкой (насколько глубоко лодка едет в воде) и стоимости (насколько дорого стоит построить данную конструкцию).По мере того, как учащиеся рассматривают различные типы лодок и их особенности, постарайтесь подчеркнуть взаимосвязь между конструкцией или формой лодки и ее функцией.

Более удачная из глиняных лодок, спроектированных учениками, вероятно, будет напоминать плоскую чашу. Эта конструкция вмещает множество шайб - при условии, что вес аккуратно распределен в лодке. Это особенность лодок с плоским дном: они требуют тщательной балансировки груза и пассажиров, иначе они станут нестабильными и склонны опрокинуться и погрузиться в воду.Явным преимуществом лодок с плоским дном является то, что они имеют небольшую осадку, а это означает, что их корпуса не простираются очень далеко от поверхности воды по сравнению с корпусами других форм (см. Рисунок 1). Таким образом, лодки с плоским дном желательны для передвижения по мелководью. Их простая форма также делает их наименее дорогим типом лодок для постройки. Плоские корпуса обычно используются в небольших служебных лодках, таких как лодки Jon, и в прошлом веке широко использовались в качестве барж для перевозки грузов по тихим водам каналов в этой стране и в некоторых частях Европы.

, авторское право

Авторское право © 2000 Мэри Хебранк, Duke Center for Inquiry-Based Learning http://www.biology.duke.edu/cibl/exercises/clay_boats.htm

Более современное использование плоскодонных лодок - это высокоскоростные малолитражки в развлекательных целях. В этом случае плоский корпус спроектирован так, чтобы подниматься и кататься по воде, а не рассекать воду, тем самым сталкиваясь с уменьшенным трением при движении через воздух вместо воды (см. Рисунок 2). Хотя для поднятия корпуса требуется большая мощность двигателя, и в этот момент лодка, как говорят, взлетает в самолет, затем она может двигаться с очень высокой скоростью.Недостаток плоских корпусов заключается в том, что они плохо двигаются при наличии волн, потому что вся ширина днища лодки соприкасается с водой. (Даже при глиссировании задняя или корма лодки все еще находится в воде.)

, авторское право

Авторское право © 2000 Мэри Хебранк, Duke Center for Inquiry-Based Learning, http://www.biology.duke.edu/cibl/exercises/clay_boats.htm

Некоторые учащиеся могут попробовать сделать из глины лодки, которые по форме больше напоминают каноэ, с заостренными концами и закругленным корпусом.Конические концы, безусловно, позволяют лодке двигаться по воде более эффективно, чем чашеобразная, поскольку вода может легко обтекать носовую часть (нос) лодки, если она сужается. Однако округлый корпус представляет собой проблему, потому что такие лодки легко катятся, выдерживают воду или опрокидываются. Большие парусники, рыболовные траулеры и грузовые суда с закругленными корпусами, как правило, также имеют кили. Киль - это узкое V-образное продолжение корпуса вдоль осевой линии лодки, которое помогает предотвратить чрезмерную качку (см. Рисунок 1b).Поскольку киль спускается в воду, эти лодки не могут перемещаться по мелководью, как лодки с плоским дном. С их сложной формой корпуса эти лодки также дороги в постройке.

Лодки с несколькими корпусами, такие как катамараны, тримараны, понтонные лодки и некоторые домашние лодки, очень устойчивы из-за их широкой стойки в воде. Каждый из корпусов может быть плоским, но обычно они круглые или V-образные. Лодки с несколькими корпусами обычно самые дорогие в строительстве.

Надстройки и центр тяжести

Форма корпуса является основным фактором, определяющим взаимодействие лодки с водой, но настоящие лодки также несут конструкции и грузы над своей палубой.Такие конструкции, как каюты, мачты, краны, стрелы и коммуникационные башни, которые находятся над палубой, вместе известны как надстройка лодки. Все это влияет на центр тяжести лодки.

Спросите студентов, как, по их мнению, высокая надстройка повлияет на корабль, когда сильный ветер дует сбоку. Также спросите, как высокая надстройка повлияет на корабль, если он откатится в сторону из-за больших волн. Если есть время и интерес студентов, вы можете предоставить такие материалы, как палочки для мороженого и белый клей, и предложить учащимся сделать самые высокие плавучие надстройки для своих лодок.Затем вы можете дуть на лодки с расстояния вытянутой руки, чтобы проверить мореходные качества каждой лодки.

Учащиеся должны понимать, что необходимо сохранять центр тяжести как можно ближе к средней линии корабля. Как только центр тяжести окажется за пределами палубы корабля, он опрокинется (точно так же, как опрокинулись башни, когда их центры тяжести вышли за пределы их баз). Спросите студентов, где, по их мнению, следует размещать тяжелые грузы на корабле. Отметьте, что корабли c

.

Плавучесть | Учебник для начинающих

На вопрос, почему одни предметы плавают, а другие тонут, первое, что приходит в голову многим, - это вес * каждого предмета. Хотя вес * , точнее, масса * играет роль, но это не единственный фактор. Если бы это было так, мы не смогли бы объяснить, как плывет гигантский океанский лайнер, а мелкая галька тонет. Масса имеет значение, но это еще не все.

Способность объекта плавать зависит от его плавучести.Плавучесть объекта - это его тенденция плавать или подниматься в жидкости. Говорят, что объект, который плавает в воде, обладает положительной плавучестью. Тонущий объект имеет отрицательную плавучесть. Чтобы определить плавучесть объекта, необходимо знать его массу и объем * . Соотношение между объемом и массой объекта называется его плотностью * . Плотность - это масса объекта на единицу объема:

p> Стандартная метрическая единица измерения плотности - граммы на кубический сантиметр (г / см 3 ).

Наблюдение за объектом, помещенным в воду, помогает проиллюстрировать, что теперь плотность объекта влияет на его плавучесть. Все объекты, даже те, что плавают, вытесняют воду.

В частности, при помещении в воду объект погружается в воду до тех пор, пока не вытесняет количество воды, равное его собственной массе. Чем больше у объекта массы, тем дальше он опускается. Объект весом 1 г будет тонуть, пока не вытеснит 1 г воды. Объект весом 2 г будет тонуть, пока не вытеснит 2 г воды. Это поведение не зависит от размера и формы каждого объекта.

Вода имеет плотность 1 г / см 3 . Следовательно, объект весом 1 г вытеснит 1 см 3 воды. Объект весом 2 г вытеснит 2 3 см воды.

Объект массой 25,2 г вытеснит 25,2 см 3 воды. Если объект имеет объем более 25,2 см 3 , он перестанет тонуть до того, как полностью погрузится в воду. Другими словами, он будет плавать. Если его объем меньше 25,2 см 3 , он не остановится, пока весь его объем не погрузится под поверхность.

p> Будет ли объект плавать или тонуть, зависит от его плотности и от плотности жидкости, в которой он находится. В случае воды, объект с плотностью менее 1 г / см3 будет плавать. Чем ближе его плотность к 1 г / см3, тем больше он будет находиться ниже уровня воды. Объект плотностью 0,5 г / см 3 будет наполовину находиться в воде, наполовину над ней. Три четверти объекта с плотностью 0,75 г / см 3 будут погружены.

Другой способ взглянуть на плавучесть объекта - это взаимодействие двух сил.

  1. Сила тяжести (Fg), действующая на объект. Это вес объекта - его масса, время ускорение свободного падения (9,8 мс –2 на Земле).
  2. Выталкивающая сила (Fb) воды, выталкивающей объект. Это равно силе тяжести, действующей на массу воды, равную количеству воды, которое объект вытесняет при полном погружении.

Пример 1:

Объект массой 10 г (0,01 кг) ** и объемом 5 см 3 будет иметь Fg и Fb:
Fg = 0.01 кг x 9,8 мс -2 = 0,098 кг мс -2 = 0,098 N
Fb = 5 см3 воды = 5 г воды = 0,005 кг x 9,8 мс -2 = 0,049 кг мс -2 = 0,049 N
Fg> Fb - объект затонет.

Пример 2:

Объект массой 10 г (0,01 кг) и объемом 20 см 3 будет иметь Fg и Fb:
Fg = 0,01 кг x 9,8 мс -2 = 0,098 кг мс -2 = 0.098 N
Fb = 20 см3 воды = 20 г воды = 0,02 кг x 9,8 мс -2 = 1,96 кг м с -2 = 0,196 N
Fg

На рисунке ниже показан блок, помещенный в воду. он исследует взаимосвязь между объемом, массой и плотностью блока и то, как эта взаимосвязь определяет плавучесть блока. Перемещайте ползунки, чтобы отрегулировать массу и объем красного блока.

Демонстрационное видео:

* В обиходе вес и масса используются как синонимы.В физике они имеют разные значения. Масса - это количество вещества или «вещества» в объекте, и это свойство не зависит от того, где находится объект. Стандартная единица массы - килограмм. Вес объекта - это функция силы тяжести, действующей на его массу. Это означает, что вес объекта будет варьироваться в зависимости от того, где он находится. Например, сила тяжести на Луне меньше, чем на Земле, поэтому объект с фиксированной массой будет весить на Луне меньше, чем на Земле.Поскольку вес - это сила, ее лучше всего выражать в производной единице, Ньютоне (1 Н = 1 кг м / с 2 ).

** Необходимо перевести в кг, чтобы выразить ответ в Ньютонах.


Связанное содержание: .

Как работает гравитация и можно ли когда-либо создать искусственную гравитацию в космосе?

Мы испытываем гравитацию в каждый момент нашей жизни, даже не задумываясь об этом. Но что это такое и понимаем ли мы это на самом деле?

Здесь мы кратко исследуем наше нынешнее понимание гравитации и исследуем, сможем ли мы когда-либо искусственно создать ее в космосе.

СВЯЗАННЫЕ: 5 РАЗУМНЫХ ФАКТОВ О ГРАВИТАЦИИ

Как гравитация работает на Земле?

Как гласит известная пословица, «То, что идет вверх, должно упасть».Но почему? В чем дело?

Хотя мы только начали понимать, что это такое, над этим явлением размышляли тысячелетия.

Греческие философы, например, когда-то думали, что планеты и звезды являются частью царства богов. По их оценке, они были подвержены тому, что они называли «естественным движением».

Хотя они не разработали эту концепцию, она оставалась преобладающей идеей в западной мысли до работ Галилея и Браге в 16 веке.

Их работа поможет произвести революцию в нашем понимании гравитации, что в конечном итоге приведет к Исааку Ньютону.

Гравитация, как утверждал Ньютон, - это сила, удерживающая Землю на орбите вокруг Солнца. Как вы, возможно, помните из школьных дней, гравитацию обычно определяют как:

«Сила, с которой планета или другое тело притягивает объекты к своему центру. Сила гравитации удерживает все планеты на орбите вокруг Солнца. " - НАСА.

Другими словами, что-либо, имеющее массу, оказывает силу на любое другое, обладающее массой, и на него действует сила.Чем больше масса объектов и чем короче расстояние между ними, тем сильнее сила гравитации, которую они оказывают друг на друга.

Каждый раз, когда вы подпрыгиваете в воздухе, случайно сбиваете что-то со стола или бросаете мяч в парке, чтобы ваша собака поймала его, вы интуитивно понимаете последствия своих действий. Все они, в конце концов, возвращаются на землю.

Эйнштейн позже предложил совершенно иное объяснение гравитации, чем Ньютон.Согласно его теориям, гравитация - это кривизна в пространственно-временном континууме. Масса объекта заставляет пространство вокруг него по существу искривляться и искривляться. Это искажает путь, по которому должны проходить объекты (и свет), создавая эффект, который мы «ощущаем» как гравитация.

Фактически, любой объект, «пойманный» гравитацией другого небесного тела, подвергается воздействию, потому что пространство, в котором он движется, искривлено в сторону этого объекта.

Эйнштейн также ввел понятие «принцип эквивалентности».«Это означает, что гравитационные и инерционные силы имеют схожую природу и часто неразличимы.

Чтобы проиллюстрировать это, представьте, что вы находитесь в ракетном корабле без окон и не можете видеть внешнюю вселенную из своего окружения. В этом случае это будет Невозможно определить, является ли направленная вниз сила, которую вы ощущаете как гравитация, реальной силой или следствием ускорения ракеты в определенном направлении

Понимаем ли мы гравитацию?

Проще говоря, да и также нет.Хотя это одно из наиболее широко изученных природных явлений во Вселенной, мы все еще не понимаем его.

Как мы видели, Исаак Ньютон и Эйнштейн добились значительного прогресса в понимании гравитации, но мы до сих пор не совсем уверены, что это такое и есть ли это вообще.

Согласно Эйнштейну, гравитация - это скорее следствие искривления пространства-времени, чем истинная сила сама по себе.

Что мы действительно знаем, так это то, что тела с массой притягиваются друг к другу.Эта «сила» зависит от расстояния и ослабевает по мере удаления тел.

Это тоже измеримое явление и одна из самых слабых сил в природе. Подумайте, например, о своем обычном магните на холодильник. Они легко могут противостоять гравитации чего-то столь же массивного, как Земля. Вы также можете избежать воздействия гравитации, хотя и временно, просто прыгнув.

Но эта взаимосвязь, кажется, полностью разрушается на квантовом уровне. Это просто не подходит, и мы не знаем почему.

По большому счету, наши текущие теории гравитации очень полезны для помощи в предсказании поведения больших объектов, но в крошечном квантовом масштабе текущие теории гравитации не работают.

Это одна из самых больших проблем современной физики. Многие физики надеются однажды создать единую теорию макро- и квантовой физики, которая поможет объяснить происходящее.

Как нам помогает гравитация?

Гравитация - одна из самых фундаментальных «сил» во Вселенной.Помимо споров о том, как это работает, независимо от силы тяжести, это очень важный элемент для жизни на нашей планете.

Гравитация - это причина того, что объекты на Земле имеют вес, а не просто уплывают в космос. Если бы вы жили на планете с меньшей массой, вы бы меньше весили и могли бы прыгать намного выше.

Гравитация также удерживает Землю в так называемой «зоне Златовласки» - расстоянии от нашего Солнца, на котором вода может существовать в жидкой форме. Это так уж и важно для жизни.

Гравитация также помогает удерживать атмосферу Земли на месте, давая нам воздух для дыхания. Марс, например, меньше половины размера Земли и около одной десятой массы Земли. Меньшая масса означает меньшее гравитационное притяжение, и на самом деле атмосфера Марса всего на 1/100 плотнее Земли.

Гравитация также играет роль в сохранении целостности нашей планеты. Гравитация также удерживает Луну на орбите вокруг Земли. Гравитационное притяжение луны притягивает к себе моря, вызывая океанские приливы.

Но, что интересно, сила гравитации не одинакова во всех местах на Земле. Он немного сильнее над местами с гораздо большей массой под землей, чем над местами с меньшей массой.

Мы знаем это благодаря двум космическим кораблям НАСА и их миссии по гравитационному восстановлению и климатическому эксперименту (GRACE).

Источник: NASA / Wikimedia Commons

«GRACE обнаруживает крошечные изменения силы тяжести с течением времени. Эти изменения позволили выявить важные детали о нашей планете.Например, GRACE отслеживает изменения уровня моря и может обнаруживать изменения в земной коре, вызванные землетрясениями ». - spaceplace.nasa.gov.

Можно ли создать гравитацию?

Как мы уже видели, Эйнштейн предположил, что гравитация - это на самом деле следствие искажения пространства-времени, вызванного различными телами. По этой причине должна существовать возможность создания искусственной гравитации, по крайней мере, в пустоте пространства.

Необходимо обеспечить средство ускорения в одном направлении это должно, согласно Эйнштейну, производить эффект, подобный гравитации.Это может быть достигнуто посредством линейного ускорения, как ракета, или посредством углового момента, то есть центростремительного эффекта или ускорения.

Это общая тема во многих научно-фантастических книгах и фильмах. Подумайте, например, о вращающемся космическом корабле в «2001: Космическая одиссея».

Пока корабль достаточно большой, он должен иметь возможность воздействовать на своих пассажиров силой, которая была бы почти неотличима от земной гравитации. Однако это будет не совсем то же самое, потому что также будут присутствовать большие силы Кориолиса, и все будет падать по кривым, а не по прямым линиям.

Этому также присущи некоторые проблемы. Чем быстрее что-то ускоряется, тем больше гравитационное притяжение или перегрузки действуют на пассажиров.

Это не проблема для стационарных аппаратов, таких как космическая станция, но для кораблей, которым необходимо преодолевать большие расстояния с большим ускорением, это может оказаться катастрофическим для экипажа.

Если бы корабль двигался со скоростью, составляющей лишь малую часть скорости света, экипаж, вероятно, испытал бы что-то большее, чем 4000 gs .То есть, согласно статье в Forbes, более чем в 100 раз больше ускорения, необходимого для предотвращения кровотока в вашем теле - вероятно, не идеально.

Предполагается, что это можно обойти, используя электромагниты и проводящие «полы» на кораблях, но у вас все еще будет проблема «нисходящей» силы. Вероятно, не существует средств «защиты» экипажа от воздействия силы тяжести при высоких скоростях в космосе.

Единственный способ справиться с этим в будущем может заключаться в развитии некоторой формы отрицательного или антигравитационного поля.Однако, как и вся материя, у нас есть по крайней мере некоторая положительная масса, поэтому нам понадобится способ создать отрицательную гравитационную массу.

Это именно то, над чем работают в эксперименте ALPHA в ЦЕРН. Исследователи работают с захваченными атомами антиводорода, аналогом водорода из антивещества.

Путем точного сравнения водорода и антиводорода, эксперимент надеется изучить фундаментальные симметрии между материей и антивеществом. В конечном итоге это может привести к измерению гравитационного ускорения антивещества.

Если будет обнаружено, что антивещество ускоряется в присутствии гравитационного поля на поверхности Земли при отрицательном значении (например, при значении, отличном от +9,8 м / с 2 ), это теоретически позволило бы построение гравитационного проводника, чтобы защитить себя от гравитационной силы.

«Если он станет достаточно чувствительным, мы сможем измерить, как он падает в гравитационном поле. Если он падает, как обычная материя, тогда у него положительная гравитационная масса, и мы не можем использовать его для создания гравитационный проводник.Но если он падает в гравитационном поле, это все меняет. С единственным экспериментальным результатом искусственная гравитация внезапно стала бы физической возможностью ». - Forbes.

В случае успеха это также могло бы открыть дверь для гравитационного конденсатора, чтобы создать однородное поле искусственной гравитации. Это могло бы даже теоретически позволить создание "варп-двигателя" - способа деформировать пространство-время.

"Но до тех пор, пока мы не обнаружим частицу (или набор частиц) с отрицательной гравитационной массой, искусственная гравитация будет возникать только за счет ускорения, независимо от того, насколько мы умны являются.»- Forbes.

.

Как работает вода | HowStuffWorks

Водородная связь между молекулами воды, о которой мы говорили в первом разделе, является причиной двух уникальных свойств воды: когезия и адгезии . Сплоченность - это то, что вода очень легко прилипает к себе. Адгезия означает, что вода также очень хорошо прилипает к другим предметам, поэтому она растекается тонкой пленкой на определенных поверхностях, например на стекле. Когда вода вступает в контакт с этими поверхностями, силы сцепления превышают силы сцепления.Вместо того, чтобы слипаться в клубок, он распространяется.

Вода также имеет высокий уровень поверхностного натяжения . Это означает, что молекулы на поверхности воды не окружены одинаковыми молекулами со всех сторон, поэтому их притягивает только когезия других молекул глубоко внутри. Эти молекулы сильно связаны друг с другом, но слабо прилипают к другой среде. Одним из примеров этого является то, как вода скапливается на восковых поверхностях, таких как листья или вощеные автомобили.Поверхностное натяжение делает эти капли воды круглыми, поэтому они покрывают как можно меньшую площадь поверхности.

Объявление

Капиллярное действие также является результатом поверхностного натяжения. Как мы уже упоминали, это происходит у растений, когда они «всасывают» воду. Вода прилипает к внутренней части трубок растения, но поверхностное натяжение пытается сгладить ее. Это заставляет воду подниматься и снова сцепляться с собой, и этот процесс продолжается до тех пор, пока не накопится достаточно воды, чтобы гравитация начала тянуть ее обратно вниз.

Водородные связи воды также являются причиной того, почему ее твердая форма, лед , может плавать в своей жидкой форме. Лед менее плотен, чем вода, потому что молекулы воды образуют кристаллические структуры при температуре ниже нуля (32 градуса по Фаренгейту или 0 градусов Цельсия). Тепловые свойства воды также связаны с ее водородными связями. Вода имеет очень высокую удельную теплоемкость , то есть количество тепла на единицу массы, необходимое для повышения ее температуры на один градус Цельсия.Энергия, необходимая для повышения температуры воды на один градус Цельсия, составляет 4,2 джоуля на грамм. Вода также имеет высокую теплоту испарения , что означает, что она может принимать много тепла без значительного повышения температуры. Это играет огромную роль в климате, потому что океанам нужно много времени, чтобы нагреться.

Вода часто известна как универсальный растворитель , что означает, что в ней растворяются многие вещества. Вещества, растворяющиеся в воде, гидрофильные .Это означает, что они так же сильны или сильнее, чем силы сцепления воды. Соль и сахар полярны, как вода, поэтому они очень хорошо растворяются в ней. Вещества, не растворяющиеся в воде, гидрофобны . Отсюда поговорка «масло и вода не смешиваются». Растворимость воды - вот почему вода, которую мы используем, редко бывает чистой; в нем обычно растворено несколько минералов.

Присутствие этих минералов составляет разницу между жесткой водой и мягкой водой .Жесткая вода обычно содержит много кальция и магния, но также может содержать металлы. Мыло плохо пенится в жесткой воде, но жесткая вода обычно не опасна. Он также может вызывать отложения известкового налета в трубах, водонагревателях и туалетах.

Некоторые из последних споров о свойствах воды заключаются в том, как ведет себя лед, когда он тает. Некоторые ученые утверждают, что он выглядит примерно так же, как и в твердом состоянии, за исключением того, что некоторые из его водородных связей разорваны. Другие утверждают, что это совершенно новая структура.Так что, несмотря на всю важность, мы до сих пор не совсем понимаем воду.

Для получения дополнительной информации о воде и связанных темах ознакомьтесь с ссылками на следующей странице.

.

Смотрите также