Плавание тел

Плавание тел

Почему стальной корабль плавает, а стальной гвоздь тонет? Почему айсберг плавает, но в основном скрыт под водой? Ответ — в условиях плавания тел.

Сравниваем силу Архимеда (синяя) и силу тяжести (оранжевая) в начальный момент без скорости. Равные силы означают равновесие; сопротивление движению не показано.

Условия плавания тел

Пусть на тело действуют:

• сила тяжести $F_{\text{тяж}} = mg$ — вниз
• сила Архимеда $F_A$ — вверх

Для тела, отпущенного из покоя в покоящейся жидкости, без дополнительных сил рассматривают три случая. При уже имеющейся скорости направление движения не определяется одним сравнением сил:

Условия через плотности

Поскольку $F_{\text{тяж}} = m g = \rho_{\text{тела}} V g$ и $F_A = \rho_{\text{жидк}} g V$, сравнение сил сводится к сравнению плотностей (для полностью погружённого тела):

Примеры

• лёд ($\rho = 900\,\text{кг/м}^3$) в воде ($1000\,\text{кг/м}^3$): $\rho_{\text{льда}} < \rho_{\text{воды}}$ → лёд плавает.
• железо ($\rho = 7800\,\text{кг/м}^3$) в воде → тонет.
• пробка ($\rho = 240\,\text{кг/м}^3$) в воде → плавает на поверхности.
• воздушный шар (средняя плотность меньше воздуха) → поднимается вверх.

Глубина погружения плавающего тела

Если тело плавает на поверхности, часть его погружена в жидкость, часть — над поверхностью.

Из условия $F_A = F_{\text{тяж}}$ для плавающего тела:

$\rho_{\text{жидк}} g V_{\text{погр}} = \rho_{\text{тела}} g V_{\text{тела}}$

$\frac{V_{\text{погр}}}{V_{\text{тела}}} = \frac{\rho_{\text{тела}}}{\rho_{\text{жидк}}}$

Пример: айсберг ($\rho = 900\,\text{кг/м}^3$) в морской воде ($\rho = 1030\,\text{кг/м}^3$): $\frac{V_{\text{погр}}}{V_{\text{айсберга}}} = \frac{900}{1030} \approx 0{,}87$ 87% айсберга под водой, только 13% над поверхностью — отсюда выражение «подводная часть айсберга».

Почему плавают корабли

Сталь тяжелее воды ($\rho_{\text{стали}} = 7800\,\text{кг/м}^3 > \rho_{\text{воды}}$). Но корабль имеет большой внутренний объём, заполненный воздухом.

Средняя плотность корабля (сталь + воздух внутри) меньше плотности воды → корабль плавает.

При пробоине и затоплении меняются средняя плотность и доступный объём вытеснения. Если запаса плавучести недостаточно, судно теряет плавучесть и может затонуть. Сам факт попадания небольшого количества воды ещё не означает неизбежное затопление всего судна.

Плавание подводных лодок

Подводная лодка имеет балластные цистерны:

• заполняют водой → средняя плотность растёт → лодка погружается
• вытесняют воду сжатым воздухом → плотность падает → лодка всплывает

Воздухоплавание

Воздушный шар поднимается, если средняя плотность шара (оболочка + газ внутри + полезный груз) меньше плотности окружающего воздуха.

Применяют:

• нагретый воздух (плотность меньше, чем у холодного)
• водород или гелий (плотность меньше воздуха)

Вопросы для самопроверки

1. Сформулируйте условия плавания тел (через силы и через плотности).
2. Почему лёд плавает на воде, а железо тонет?
3. Какая часть айсберга находится под водой?
4. Почему стальной корабль не тонет?
5. Как подводная лодка меняет глубину погружения?

Презентация для урока

Скачать редактируемую презентацию (PPTX)

Версия после предметной и методической проверки 15.10.2026. Просмотр слайдов доступен в карточке презентации.