Сила Архімеда. Як риби змінюють глибину?

 Закон Архімеда. Сила Архімеда. Симуляція

Закон Архімеда — основний закон гідростатики та аеростатики, згідно з яким на будь-яке тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, яка дорівнює вазі витисненої даним тілом рідини (газу) і за напрямом протилежна їй і прикладена у центрі мас витісненого об'єму рідини (газу). Згідно із законом Архімеда вага всякого тіла в повітрі менша за вагу його в пустоті на величину, рівній вазі витісненого повітря.

Умови плавання тіл:

Сила Архімеда: 

ρ - густина рідини (газу)

g - прискорення вільного падіння

V - об'єм частини тіла, що занурене у рідину або газ

Симуляція за посиланням.

Поясніть малюнок:

Чим більша густина середовища — тим менша вага. Саме тому занурившись у воду, ми можемо легко підняти іншу людину.

Закон Архімеда (російська мова)

Експеримент №1 

"Плаваюча картопля"

Занурюємо картоплину у стакан з теплою водою. Спостерігаємо, чи вона потоне, чи спливе. Досипаємо у стакан сіль до початку руху картоплини. Продовжуємо спостереження. Відповідаємо на питання, робимо висновки до роботи.

Чому картоплина спочатку потонула, а потім почала спливати?
Сформулюйте умови плавання тіл.

Середнє значення густина яйця залежить від часу зберігання, тому можна перевіряти наскільки яйце свіже.

Експеримент №2  

"Левітація мильної бульбашки"

Насипте харчову соду 1 столову ложку у скляну літрову банку і додайте оцет (50 мл). У банці утворився вуглекислий газ. Видуйте мильну бульбашку у цю банку. Що ви спостерігаєте? Відповідь обґрунтуйте, якщо:

густина вуглекислого газу:

густина повітря:

Експеримент № 3 

"Визначення густини монет: 50 копійок, 1 гривня"

Обладнання та матеріали: електронні ваги, металеві предмети на нитках, стакан з водою.

Яка густина металевих предметів?

Можна перевірити густину золотої або срібної обручки та перевірити чи з однакового сплаву зроблено монети номіналом 1, 2, 5, 10 гривень?

В експерименті краще використовувати дистильовану воду, тому, що її густина 1000 кг/м3 або 1 г/см3

Завдяки Архімеду ми знаємо, що будь-яке тіло, занурене у воду, витісняє свій об’єм у воді. Електронні ваги показують силу з якою предмет діє на ваги. Ії дія базується на роботі тензодатчиків.

Таким чином, будь-який предмет занурюємо у воду і дивимося за показаннями ваг, ваги вкажуть кількість грамів витісненої води предметом, який було занурено у воду. А оскільки 1 см3 дистильованої води еквівалентний 1 граму.

Тому нам відомо об’єм предмета. Поділивши його масу на його об’єм, отримаємо густину зваженого предмету. Тобто кількість грамів на см3.

Коли сила Архімеда не працює

Якщо тіло щільно прилягає до поверхні. Якщо між тілом і поверхнею немає рідини чи газу — немає й сили, що виштовхує. Саме тому підводним човнам не можна лягати на мулисте дно - потужності їхніх двигунів не вистачить, щоб подолати тиск товщі води зверху.

У невагомості. Наявність ваги рідини чи газу — обов'язкова умова виникнення архімедової сили. У стані невагомості гаряче повітря не піднімається, а холодне не опускається. Тому на МКС створюють примусову конвекцію повітря за допомогою вентиляторів.

У розчинах та сумішах. Якщо у воду налити спирт, на нього не діятиме сила Архімеда, хоча щільність спирту менша за щільність води. Оскільки зв'язок між молекулами спирту слабший, ніж зв'язок молекул води, він розчиниться у воді і утворюється нова рідина — водний розчин спирту.

Як риби можуть змінювати глибину?

Основна функція плавального міхура - забезпечення нульової плавучості: він компенсує вагу кісток та інших важких частин тіла та наближає середню густину тіла до густини води. В результаті рибі не треба витрачати енергію на підтримку тіла на потрібній глибині (тоді як акули, у яких плавального міхура немає, змушені підтримувати глибину занурення постійним активним рухом). Однак стисливість газу робить рівновагу нестійкою: при зануренні риби тиск води зростає, міхур зменшується і риба опускається ще сильніше; аналогічно при випливанні міхур розширюється і рибу виштовхує до поверхні. Щоб цьому перешкоджати, організм риби регулює кількість газу міхурі газовими залозами (густими скупченнями капілярів), де кров виділяє чи поглинає кисень. У риб, здатних до швидких вертикальних переміщень, міхура немає, оскільки це регулювання не встигало б підлаштовуватися під зміни тиску.

Перевіряємо експериментально принцип роботи плавального міхура.

Джерела: https://externat.foxford.ru/polezno-znat/wiki-fizika-sila-arhimeda

https://www.scientificamerican.com/article/floating-with-a-swim-bladder/

Kardong K. V. Chapter 17: Sensory organs // Vertebrates: Comparative Anatomy, Function, Evolution. — 6 ed. — New York: McGraw-Hill, 2012. — P. 147, 331, 416—418, 428—430, 447. — 794 p

Фото1

Фото2

Рис.3

Ласкаво просимо до нашого онлайн-клубу  "Science around us".

Детальніше про роботу нашого клубу: тут.

Бережіть себе і родину!

Дякую за увагу!
Бажаю Вам нових ідей!
Навчаємося, бо ми цього варті!
Підписуйтесь на блог!
Підписуйтесь на канал YouTube.
Підписуйтесь на сторінку у fb. https://www.facebook.com/educationXXII/
Запрошуємо навчатися на фізичному факультеті! 

 

Приєднуйтесь на сервер "Фізичний факультет ХНУ" на Discord: 

https://discord.com/invite/ZUxcC22