7 класс Онлайн

Конспект по физике 7 класс параграф 49 + Ответы на вопросы. Краткое содержание § 49. ПЛАВАНИЕ СУДОВ. ВОЗДУХОПЛАВАНИЕ по учебнику Пёрышкина (базовый уровень). Конспект по пунктам параграфа. Код материалов: Физика Конспект №49.
Вернуться к Списку конспектов

Конспект §49. ПЛАВАНИЕ СУДОВ. ВОЗДУХОПЛАВАНИЕ

§ 49 кратко (малый конспект)

Человек строит суда из материалов, плотность которых больше плотности воды, используя принцип плавания тел. Корабль держится на воде благодаря тому, что его корпус имеет большой объём, вытесняющий воду, что создаёт значительную архимедову силу, уравновешивающую силу тяжести. Важнейшими характеристиками судна являются осадка, ватерлиния, водоизмещение и грузоподъёмность. Для воздухоплавания используются аэростаты, наполненные газом с плотностью меньше плотности воздуха (тёплый воздух, гелий, водород), что также создаёт выталкивающую силу. Подъём и спуск шара регулируется изменением силы тяжести (сброс балласта) или архимедовой силы (изменение объёма или температуры газа). Подъёмная сила шара определяется разницей между архимедовой силой и весом его оболочки с газом.

 

Большой конспект параграфа 49

Принцип плавания судов основан на законе Архимеда. Хотя плотность материала корпуса (стали) больше плотности воды, судно имеет полую форму, что значительно увеличивает объём вытесняемой воды. Возникающая при этом большая архимедова сила уравновешивает силу тяжести, действующую на судно с грузом.

Основные характеристики судна:

• Осадка — глубина, на которую судно погружается в воду.
• Ватерлиния — линия на корпусе, указывающая максимально допустимую осадку. Превышение её опасно.
• Водоизмещение — вес воды, вытесненной судном при погружении до ватерлинии. Оно равно силе тяжести, действующей на загруженное судно.
• Грузоподъёмность — разность между водоизмещением и весом самого судна, то есть максимальный вес полезного груза.

Принцип воздухоплавания аналогичен: для подъёма в воздух используется аэростат (воздушный шар), наполненный газом с плотностью меньшей, чем у атмосферного воздуха (тёплый воздух, гелий, водород). Условие подъёма: архимедова сила (FА) > силы тяжести (Fтяж).

• Управление полётом аэростата:
  • Для подъёма выше уменьшают силу тяжести, сбрасывая балласт.
  • Для спуска уменьшают архимедову силу, выпуская часть газа (уменьшая объём) или охлаждая газ в оболочке.
  • Для зависания добиваются равенства FА = Fтяж.
• Подъёмная сила аэростата — это вес груза, который он может поднять. Она рассчитывается как разность между архимедовой силой, действующей на шар в воздухе, и весом газа, заполняющего оболочку. На практике из этой величины ещё вычитают вес самой оболочки.
• Историческое развитие: от простых воздушных шаров к управляемым дирижаблям (с двигателем), которые, однако, уступили место самолётам из-за взрывоопасности водорода и зависимости от погоды. Современные аэростаты и стратостаты используются для исследований атмосферы.

Важный вывод: И судоходство, и воздухоплавание используют выталкивающую (архимедову) силу. Однако это не единственный способ создания подъёмной силы, что демонстрирует полёт самолётов, вертолётов и т.д., основанный на ином принципе.

Вопросы на стр.170

1. Почему тяжёлые суда могут плавать? Тяжёлые суда могут плавать благодаря принципу, основанному на законе Архимеда. Хотя материал корпуса (например, сталь) плотнее воды, судно имеет полую форму, что значительно увеличивает объём вытесняемой воды. Возникающая при этом большая архимедова сила уравновешивает силу тяжести, действующую на судно с грузом.
2. Зачем на корпус судна наносят ватерлинию? Ватерлинию наносят на корпус судна для указания максимально допустимой осадки — глубины, на которую судно погружается в воду. Эта линия служит важным ограничением, так как её превышение опасно и может привести к затоплению судна.
3. Что такое грузоподъёмность судна? Грузоподъёмность судна — это максимальный вес полезного груза, который оно может принять на борт. Она рассчитывается как разность между водоизмещением (весом воды, вытесненной судном при погружении до ватерлинии) и весом самого судна.
4. Как рассчитать подъёмную силу шара, наполненного газом? Подъёмная сила аэростата рассчитывается как разность между архимедовой силой, действующей на шар в воздухе, и весом газа, заполняющего оболочку. На практике из полученной величины также вычитают вес самой оболочки, чтобы определить вес полезного груза, который шар может поднять.
5. Как изменяется действующая на шар архимедова сила по мере его подъёма? По мере подъёма шара архимедова сила, действующая на него, уменьшается. Это происходит потому, что плотность атмосферного воздуха с высотой уменьшается, а архимедова сила зависит от плотности окружающей среды.
6. Как регулируют высоту подъёма воздушного шара с помощью горелки? Высоту подъёма воздушного шара регулируют с помощью горелки, нагревая воздух внутри оболочки. Для подъёма выше воздух нагревают сильнее, что уменьшает его плотность и увеличивает архимедову силу. Для спуска нагрев уменьшают, позволяя воздуху остыть и сжаться, что увеличивает среднюю плотность шара и уменьшает подъёмную силу.

УПРАЖНЕНИЕ 31

❓ 1. Как изменится глубина погружения лодки, если в неё сядут ещё два человека? Ответ объясните.
Глубина погружения лодки (осадка) увеличится. Согласно закону Архимеда, при увеличении общего веса судна (силы тяжести) оно должно вытеснить больший объём воды, чтобы уравновесить эту силу возросшей архимедовой силой. Это достигается за счёт большего погружения в воду.

❓ 2. Сила тяжести, действующая на лодку, 50 000 кН. Какой объём воды вытесняет эта лодка?
Объём вытесненной воды равен объёму подводной части лодки. Водоизмещение (вес вытесненной воды) равно силе тяжести, действующей на загруженное судно. Следовательно, вес вытесненной воды составляет 50 000 кН. Для нахождения объёма необходимо этот вес разделить на вес одного кубического метра воды (примерно 10 кН/м³ для пресной воды), что даст примерно 5000 м³.

❓ 3. * Плот состоит из 12 сухих еловых брусьев. Длина каждого бруса 4 м, ширина 30 см, толщина 25 см. Можно ли на этом плоту переправить через реку автомашину весом 100 кН?
Для ответа нужно сравнить максимальную архимедову силу (грузоподъёмность) плота с весом машины. Сначала вычисляется объём плота:
12 * (4 м * 0.3 м * 0.25 м) = 3.6 м³.
Максимальная выталкивающая сила равна весу воды в этом объёме
F_A = ρ_воды * g * V ≈ 1000 кг/м³ * 10 Н/кг * 3.6 м³ = 36 000 Н = 36 кН.
Затем из этой силы нужно вычесть вес самого плота (силу тяжести, действующую на брёвна). Поскольку даже без учёта веса брёвен максимальная подъёмная сила (36 кН) меньше веса машины (100 кН), переправить её на таком плоту нельзя.

❓ 4. Прочный сосуд, заполненный сжатым воздухом, уравновешен на весах. Стеклянная трубка с краном пропущена через пробку сосуда. К её наружному концу привязана оболочка резинового шара (рис. 162, а). Если часть воздуха из сосуда перейдёт в оболочку и раздует её, то равновесие весов нарушится (рис. 162, б). Объясните почему. Равновесие нарушится, потому что на раздутую оболочку шара, находящуюся в воздухе, начнёт действовать выталкивающая (архимедова) сила. Эта сила направлена вверх и уменьшает общий вес системы (сосуд + воздух + шар) на весах, поэтому чаша с сосудом поднимется.

❓ 5. Почему нарушилось равновесие весов, когда из — под колокола воздушного насоса откачали воздух (рис. 163)? Объясните наблюдаемое явление. Под колоколом находится тело, подвешенное к чаше весов. При откачке воздуха из-под колокола исчезает выталкивающая (архимедова) сила, которая действовала на это тело со стороны воздуха и частично компенсировала его вес. В результате полный вес тела, передаваемый на чашу весов, увеличивается, и равновесие нарушается.

❓ 6. Определите подъёмную силу наполненного водородом аэростата объёмом 1000 м³, оболочка которого весит 2000 Н.
Подъёмная сила рассчитывается как разность между архимедовой силой, действующей на шар в воздухе, и суммой веса газа в оболочке и веса самой оболочки. Архимедова сила
F_A = ρ_возд * g * V ≈ 1,29 кг/м³ * 10 Н/кг * 1000 м³ = 12900 Н.
Вес водорода F_{тяж.газ} = ρ_вод * g * V ≈ 0.09 кг/м³ * 10 Н/кг * 1000 м³ = 900 Н.
Тогда подъёмная сила, доступная для груза:
F_под = F_A – (F_{тяж.газ} + F_{оболочки}) = 12900 Н — (900 Н + 2000 Н) = 10000 Н (или 10 кН).

Вопрос 7. Определите объём воздушного шара, наполненного гелием, если подъёмная сила шара равна 240 Н.
Ответ: Подъёмная сила шара равна разности силы Архимеда и силы тяжести, действующих на шар. Для её расчёта можно использовать формулу:
F_под = (ρ_возд – ρ_гел) * g * V,
где ρ_возд — плотность воздуха, ρ_гел — плотность гелия, g — ускорение свободного падения, V — искомый объём. Зная подъёмную силу и плотности сред, можно вычислить объём. Для точного численного ответа необходимы значения плотностей воздуха и гелия при заданных условиях. В решении ниже приняты такие данные: ρ_возд = 1,3 кг/м³, а ρ_гел = 0,2 кг/м³, тогда ответ V = 21,83 м³.

Вопрос 8. * В романе Ж. Верна описана подводная лодка «Наутилус» с просторными кабинетами, залами и каютой. Почему современные подводные лодки не обладают такими просторными помещениями?
Ответ: Современные подводные лодки являются боевыми кораблями, и их конструкция подчинена задачам скрытности, живучести и размещения сложного вооружения и оборудования. Каждый кубический метр внутреннего пространства используется максимально эффективно для размещения экипажа, систем жизнеобеспечения, двигателей, аккумуляторов, торпед и ракет. Увеличение внутреннего объёма для просторных помещений привело бы к росту габаритов лодки, ухудшению её манёвренности и увеличению шумности, что недопустимо для выполнения боевых задач.

ЗАДАНИЕ 35

Вопрос 1. Изготовьте модель корабля или лодки. Для этого возьмите пластиковую бутылку с закрытой крышкой. Определите, какой максимальный груз может принять «на борт» ваш «корабль».
Ответ: Для определения максимального груза нужно провести эксперимент. Поместите бутылку-«корабль» в воду и постепенно нагружайте её мелкими предметами (например, монетами или гайками) до момента, пока она не начнёт тонуть. Масса груза, при которой корабль ещё остаётся на плаву, но его верхняя кромка находится на уровне воды, и будет его максимальной грузоподъёмностью. Этот груз численно равен массе вытесненной кораблём воды за вычетом массы самой бутылки.

Вопрос 2. * Придумайте и постройте более совершенный «корабль», чем в задании 1. Сделайте действующую модель.
Ответ: Более совершенную модель можно создать, увеличив водоизмещение и устойчивость. Например, соединить несколько бутылок параллельно в виде катамарана или тримарана, что сделает конструкцию более остойчивой и увеличит грузоподъёмность. Можно также создать корпус из пенопласта или использовать более обтекаемую форму для снижения сопротивления воды. Добавление простого двигателя (например, на резиновом приводе или от небольшого электромотора) превратит модель в действующую самоходную лодку.

Вопрос 3. На рисунке 164 изображены два прибора, называемые ареометрами, которые используются для измерения плотности жидкости. Действие ареометра основано на условии плавания тел. Объясните, как работает ареометр.
Пояснение. Числом 1000 на ареометрах обозначена плотность воды: р = 1000 кг/м3. На ареометрах, предназначенных для жидкостей, имеющих плотность меньшую, чем вода, метку с числом 1000 располагают внизу шкалы (рис. 164, а). Второй ареометр (рис. 164, б) — для жидкостей с плотностью большей, чем вода. В таких ареометрах метка с числом 1000 находится вверху шкалы.
Ответ: Ареометр работает на основе закона Архимеда. Это прибор в виде запаянной стеклянной трубки с грузом внизу и шкалой. При погружении в жидкость ареометр плавает, находясь в равновесии. Глубина его погружения зависит от плотности жидкости: чем плотнее жидкость, тем меньше ареометр погружается, и наоборот. Значение плотности считывается по шкале на уровне поверхности жидкости. Таким образом, ареометр калибруется для измерения плотности различных жидкостей.

Вопрос 4. Изготовьте модель китайского фонарика — летающей светящейся конструкции из бумаги, натянутой на лёгкий деревянный каркас. Опробуйте её в действии. Будьте осторожны, запускайте фонарик на открытом месте.
Ответ: Модель китайского фонарика работает по принципу аэростата. Тёплый воздух от горящей свечи или горелки внутри лёгкого бумажного купола имеет меньшую плотность, чем окружающий холодный воздух. Возникающая подъёмная сила (сила Архимеда) заставляет фонарик взлетать. Для изготовления нужен каркас из тонкой проволоки или деревянных реек, обтянутый тонкой бумагой, и безопасный источник нагрева в нижней части. Запускать его можно только на открытом пространстве, вдали от построек и сухой растительности.

 

---

Вы смотрели: конспект по физике к учебнику 7 класса §49. ПЛАВАНИЕ СУДОВ. ВОЗДУХОПЛАВАНИЕ. Краткое содержание темы учебника. Ответы на вопросы в конце параграфа. Код материалов: Физика Конспект №49.

Вернуться к Списку конспектов (в ОГЛАВЛЕНИЕ)