Проект по физике "Условия плавания тел или как построить плот"

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №1 им. А.П.Гайдара»

Условия плавания тел или как построить плот.

Выполнила: ученица 7 класса

МОБУ «СОШ №1 им. А.П.Гайдара»

 Емелина Арина

Руководитель: учитель физики и

астрономии  

Жигальцова Татьяна Викторовна

п. Архара, 2019 г.

Оглавление

1. Введение
2. Основная часть.

2.1. Условия плавания тел

2.2. Плот, он какой?

3. Практическая часть.  Модель плота.
4. Выводы.
5. Библиография.

Введение.

Человек с давних пор стремился освоить бескрайние водные просторы рек, озер и морей. Первые плавательные средства появились еще до нашей эры. Позднее стало развиваться кораблестроение.  Но, и современные корабли, и простые судна, подчиняются одним законам плавания тел.

Цель проекта: Изготовить модель плота по заданной грузоподъемности.

Задачи проекта:

1) Узнать, отчего зависит положение тела в жидкости, условия плавания тел.

2) Используя законы физики, построить плавательное средство с заданной грузоподъемностью по законам плавания тел.

3) В ходе эксперимента убедится в справедливости своих   расчетов.

Гипотеза: Плавание любых тел подчиняется законам физики.

Объектом моего исследования является плавательное средство - плот.                                                

Предметом исследования станут физические законы плавания тел.

Методы исследования:

Теоретические: изучение литературы по заявленной теме исследования, классификация собранных материалов, обобщение материалов.

Эмпирические: постановка экспериментов и наблюдение за плаванием тел в домашних условиях.

Основная часть

1. Условия плавания тел

Будет тело плавать или тонуть в жидкости, зависит от плотности тела и жидкости. На опытах можно убедиться в том, что если ƍт > ƍж - тело тонет, если ƍт = ƍж - тело плавает внутри жидкости, если ƍт < ƍж - тело всплывает на поверхность жидкости. Например, айсберг в океане плавает на поверхности воды. Плотность льда равна 900 кг/м3, это меньше плотности воды. Одна десятая часть его находится над водой, а остальные девять десятых – под водой. Но представим на минуту, если бы в море находилась жидкость, плотность которой меньше, чем плотность льда, например, керосин. Наш айсберг бы пошел ко дну.

Существует море, в котором нельзя утонуть. Это знаменитое Мертвое море Палестины. Воды его настолько солены, что в них не может жить ни одно живое существо. Вода мертвого моря содержит не 2-3% соли как большинство морей и океанов, а более 27%, с глубиной соленость растет. В результате вода Мертвого моря значительно тяжелее обыкновенной морской воды, утонуть в такой тяжелой жидкости практически нельзя.

Плавание любых зависит от двух сил: силы тяжести и силы Архимеда.

Тело плавает, полностью или частично погрузившись в жидкость, при условии, что сила Архимеда равна силе тяжести.

В домашних условиях интересны эксперименты с плавающими телами. Эксперимент1. Яйцо тонет в пресной воде и всплывает в соленой, так, как плотность соленной воды приблизительно равна средней плотности яйца.

Эксперимент 2. Обычной кусок пластилина тонет в воде. Но если ему придать форму лодочки, то он плавает на поверхности воды. Придав куску пластилина форму лодки, мы увеличили объем выталкиваемой при погружении жидкости и увеличили тем самым силу Архимеда. 

2. Плот, он какой?

Плотность тела человека приблизительно равна плотности воды. Поэтому человек может плавать над и под водой. Но для длительных путешествий по воде ему необходимы плавательные средства. Что из средств передвижения на воде может быть проще плота? Одно бревно — это только бревно, а уже два чем-либо скрепленных бревна — это плот!                                         Историки свидетельствуют, что наши предки двадцать пять тысячелетий назад ходили на плотах, однако во многих странах такие же плоты и по сей день служат людям. Самой существенной особенностью плота является его непотопляемость. Лодка или корабль, залитые водой, тонут, а плот – нет. Так как он изготавливается из дерева. Плотность дерева меньше плотности воды. Если это условие выполняется, то тело будет плавать на поверхности воды, частично погрузившись в воду. Чем больше отличается плотность тела от плотности воды, тем меньше глубина погружения. Плот можно изготовить из пенопласта, пластиковых пустых бутылок, внутри которых воздух. Металлический плот – это прямоугольник из спаянных металлических трубок. Известный путешественник Тур Хейердал изготавливал плоты из кипариса.  

3. Практическая часть.  Модель плота.

Плот строится для того, чтобы на нем можно было перевезти груз. Это его грузоподъемность. Модель плота заданной грузоподъемности мы будем строить из пластмассовых маркеров. Пластмасса – материал, плотность которого меньше плотности воды.

Нам нужно рассчитать, сколько таких маркеров необходимо, чтобы построить модель плота. которая бы смогла удержать груз весом в 1 Н.

Очевидно, что плот будет тонуть, если выталкивающая сила Архимеда окажется меньше суммы силы тяжести, действующей на плот и веса груза.

Известно, что сила Архимеда прямо пропорциональна объему погруженной в жидкость части тела. Значит, действующая на плот выталкивающая сила будет максимальной, когда он полностью погружен в воду, т.е.                                                     FА = Fтяж+ Pгр  (1)

Вычислим объем плота. Объем одного маркера мы определим с помощью мензурки. Цена деления мензурки 1 см3.
V1 = 32 см 3    - объем одного маркера. Масса одного маркера m1=15 г.                  V = NV1   - объем плота.

Вес нашего плота равен    Fтяж = Рплота= m 1•N

Выталкивающая сила, действующая на плот: FА = ρжg V = ρжg NV1.

Выведем общую формулу, подставив данные в формулу (1)                                           ρжg NV1   = m 1•N + Р гр .  Из этой формулы выразим   N – количество маркеров.    N ≈ 5,8≈6 (штук)   

Итак, чтобы если грузоподъемность нашей модели плота равна 1 Н, он должен быть сделан из пластмассовых маркеров в количестве 6 штук

Убедимся в правильности наших рассуждений на опыте.

Увеличим грузоподъемность. Каким должен быть плот, чтобы мог удержать на воде взрослого человека, массой, например, 80 кг.

В качестве строительного материала будем использовать пластиковые бутылки, объёмом 1,5 л. Массу такой бутылки удобнее найти с помощью динамометра. Сначала определим вес бутылки, а затем разделив на ускорение свободного падения, найдем массу. Итак масса одной бутылки      m 1 = 40 г, объем     V1 =1,5 л =   0,0015 м3, вес груза   Ргр = 800 Н.                             Рассуждая аналогичным образом, найдем N- количество бутылок, необходимых для такого плавательного средства. Получается 55 бутылок. Проверить на воде такой плот удастся только летом на реке. Да и собирать его лучше на берегу из-за сложностей в транспортировке. Для уменьшения такого большого количества бутылок, можно взять бутыли большего объема – 5 или 10 л. В интернете я нашла всевозможные модели из подобного материала. В качестве скрепления можно использовать скотч.

Выводы:

1. Плот можно изготовить из любого прочного материала, плотность которого меньше плотности воды.
2. Чтобы плот не утонул под тяжестью груза, необходимо, чтобы сила Архимеда, действующая на него, была не меньше суммарной силы тяжести груза и плота.
3. Чем больше объем плота, тем больше Архимедова сила, действующая на плот, тем больший вес груза может выдержать плот, тем больше его грузоподъемность.
4. Плавание любого плавательного средства - будь то простая баржа для перевозки груза или современный быстроходный лайнер, подчиняются законам физики.
5.  Кораблестроение начинается с проектирования и расчетов грузоподъемности и других очень важных характеристик.

Библиография:

1. Физика. 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений / А. В. Перышкин. – 11-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 20015.
2. Я познаю мир: Дет. энцикл.: Физика / Сост., худож. А. А. Леонович; Под общ. Ред. О. Г. Хинн. – М.: ТКО «АСТ», 1997.
3. Книга для чтения по физике: Учеб. пособие для учащихся 6-7 кл. сред. шк. / Сост. И. Г. Кириллова. – М.: Просвещение, 1986.
4. Книга «365 научных экспериментов» / Hinkler Books Pty Ltd 2010/
5. http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b525a-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/4_18.swf – условия плавания тел с интерактивными примерами