Резерв. Практическое применение закона Архимеда

Резерв. Практическое применение закона Архимеда

На резервном уроке — интересные практические задачи и применения закона Архимеда.

Применения закона Архимеда

1. Плавание судов — корпус корабля проектируют так, чтобы средняя плотность была меньше плотности воды.
2. Подводные лодки — балластные цистерны меняют среднюю плотность.
3. Воздушные шары и дирижабли — наполнение лёгким газом или горячим воздухом.
4. Поплавок рыбака — на поверхности, потому что плотность меньше воды.
5. Ареометр — прибор для измерения плотности жидкости (по глубине погружения).

Ареометр

Ареометр — прибор для измерения плотности жидкости. Представляет собой стеклянную трубку с грузиком внизу и шкалой.

Принцип: глубина погружения ареометра зависит от плотности жидкости. Чем больше плотность, тем меньше погружение.

Применяется:

• для определения плотности электролита в аккумуляторе
• для измерения жирности молока
• для проверки концентрации растворов

Подъём затонувших судов

Затонувшее судно можно поднять, прикрепив к нему понтоны — пустые герметичные ёмкости. Откачав из них воду или заполнив воздухом, увеличивают силу Архимеда, действующую на систему.

Это применяется в спасательных операциях на флоте.

Нестандартные задачи

Задача 1. Почему в солёной воде плавать легче, чем в пресной?

Ответ: В солёной воде ($\rho \approx 1030\,\text{кг/м}^3$) сила Архимеда больше, чем в пресной ($1000\,\text{кг/м}^3$) при том же объёме погружённой части. Разница компенсирует бо́льшую часть силы тяжести человека — он погружается меньше и легче держится на поверхности.

---

Задача 2. Что произойдёт со льдиной, плавающей в стакане с водой, когда она растает? Уровень воды поднимется, опустится, не изменится?

Ответ: Не изменится. Лёд вытеснял столько воды, сколько весил сам (условие плавания $F_A = F_{\text{тяж}}$). Превратившись в воду, он добавит ровно тот объём, который вытеснял.

---

Задача 3. Почему мыльный пузырь, наполненный горячим воздухом, может подняться вверх, а надутый ртом — падает?

Ответ: Воздух внутри горячего мыльного пузыря менее плотный, чем окружающий. Средняя плотность пузыря (воздух + тонкая плёнка мыла) может оказаться меньше плотности атмосферы → он поднимается. Воздух, выдыхаемый ртом, имеет температуру тела и плотность, близкую к окружающему воздуху, плюс плёнка мыла добавляет массу → средняя плотность больше воздуха → пузырь падает.

Практические вопросы

1. Почему рыбий пузырь помогает рыбе плавать на разной глубине?
2. Почему солёные огурцы в банке сначала плавают, а потом тонут?
3. Что показывает ареометр в аккумуляторе?
4. Почему айсберг опасен для кораблей?
5. Почему метеозонд поднимается высоко в стратосферу?

Вопросы для размышления

1. Изменится ли осадка корабля при переходе из реки в море?
2. Как узнать, есть ли в бревне скрытая полость?
3. Что тяжелее — 1 кг железа или 1 кг пуха (в вакууме)? В воздухе?
4. Почему стратостат не может подняться в космос?
5. Как гусеничный трактор преодолевает болота?