Почему дерево не тонет в воде 3 класс: Почему дерево не тонет в воде плотность дерева

Почему не тонут лодки и корабли?

☰

Если вы построите деревянный плот, то сможете плыть на нем. Если же вы построите плот из железа или какого-нибудь другого металла, то он пойдет ко дну. Причина того, что деревянный плот не тонет, а железный тонет, кроется в разной плотности дерева и железа. Дерево менее плотный материал, чем вода, поэтому выталкивающая сила воды больше силы тяжести, действующей на деревянный плот (или больше его веса). Железо плотнее воды, и ее выталкивающая сила не способна преодолеть вес железного плота.

В прежние времена корабли и лодки строили в основном из дерева. Сейчас же они преимущественно сделаны из металлов. В чем же фокус? Почему корабли не тонут? Может быть внутри корабля много дерева, и оно «побеждает» железо?

Конечно, если взять большую доску и обшить ее сверху тонким листом металла, то вся конструкция не потонет. Ведь ее средняя плотность окажется меньше плотности воды. Если, например, плотность дерева равна 600 кг/м³, и доска имеет массу 100 кг, а железная обшивка имеет плотность 7800 кг/м³ и массу 10 кг. То общая масса составит 120 кг, а общий объем 100 / 600 + 10 / 7800 ≈ 0,1667 + 0,0013 = 0,168 (м³). Отсюда находим среднюю плотность конструкции 120/0,168 ≈ 714 (кг/м³). Это меньше плотности воды (1000 кг/м³), значит, конструкция будет плавать.

Однако, на самом деле все еще проще. Зачем обшивать дерево? Можно просто оставить внутри пустую полость и сделать так, чтобы туда не попадала вода. Точнее не пустую, а заполненную воздухом. Плотность воздуха всего 1,29 кг/м³.

Именно поэтому корабли, сделанные из металлов, плавают. Внутри них существуют большие полости, заполненные воздухом. В результате этого средняя плотность корабля меньше плотности воды, и выталкивающая сила удерживает корабль на плаву.

Если в полости корабля попадет вода, то он конечно же затонет. Чтобы возможность затопления свести на минимум, в подводной части корабля строят перегородки. В результате получаются отсеки, в которых вода из одного не может попасть в другой. Если корабль получит пробоину, то затопится только отсек в месте пробоины. Остальные останутся заполненными воздухом и будут удерживать корабль на плаву.

В любом случае корабль имеет вес. Этот вес равен весу воды, объем которой корабль «занимает» собой в море.

Как известно, корабли плавают не просто так, а перевозят различные грузы и людей. Пустой корабль весит меньше, а значит меньше будет «осаживаться» в море. Если его нагрузить, то корабль осядет в воду глубже. При чрезмерной нагрузке, корабль может вообще уйти под воду и утонуть.

Поэтому на корпусе судов отмечают специальную линию (ватерлинию). Судно не должно погружаться в воду так, чтобы эта линия оказалась под водой. Иначе любая сильная волна, плеснув воду на корму, может легко затопить корабль.

С другой стороны, пустое судно не должно быть слишком легким. Иначе его подводная часть будет слишком маленькой по отношению к надводной. В таком случае волны и ветер могут опрокинуть корабль.

Корабль, загруженный по ватерлинию, вытесняет самый большой объем воды. Вес этой воды называется водоизмещением конкретного судна. Грузоподъемность судна — это разность между водоизмещением и весом пустого судна; или, проще говоря, разность между загруженным кораблем, когда он имеет осадку по ватерлинию, и весом судна без груза.

Архимедова сила — закон, формула, определение

Легенду об открытии закона Архимеда многие знают с детства. Но на уроках физики в 7 классе этой историей не отделаешься: надо еще знать, как действует архимедова сила, в чем измеряется и как ее вычислить.

Сила: что это за величина

Прежде чем говорить о силе Архимеда, нужно понять, что это вообще такое — сила.

В повседневной жизни мы часто видим, как физические тела деформируются (меняют форму или размер), ускоряются и тормозят, падают. В общем, чего только с ними не происходит! Причина любых действий или взаимодействий тел — ее величество сила.

Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на данное тело со стороны других тел. Сила измеряется в ньютонах — единице измерения, которую назвали в честь Исаака Ньютона.

Поскольку сила — величина векторная, у нее, помимо модуля, есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В этом случае результат выражается в направлении движения.

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Открытие закона Архимеда

Так вышло, что закон Архимеда известен не столько своей формулировкой, сколько историей возникновения.

Легенда гласит, что царь Герон II попросил Архимеда определить, из чистого ли золота сделана его корона, при этом не причиняя вреда самой короне. То есть расплавить корону или растворить — нельзя.

Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало — нужно ведь определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита.

Рассчитать плотность металла, чтобы установить, золотая ли корона, можно по формуле плотности.

Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну — и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. Тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему.

Решение задачи было найдено и, согласно самой расхожей версии легенды, ученый закричал «Эврика!» и побежал докладывать о своей победе в царский дворец (и так торопился, что даже не оделся). 🤦🏻‍♂️

Попробуйте онлайн-курс подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в Skysmart!

Формула и определение силы Архимеда для жидкости

На поверхность твердого тела, погруженного в жидкость, действуют силы давления. Эти силы увеличиваются с глубиной погружения, и на нижнюю часть тела будет действовать со стороны жидкости большая сила, чем на верхнюю.

Равнодействующая всех сил давления, действующих на поверхность тела со стороны жидкости, называется выталкивающей силой или силой Архимеда. Истинная причина появления выталкивающей силы — наличие различного гидростатического давления в разных точках жидкости.

Определение архимедовой силы для жидкостей звучит так:

Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, равна по модулю весу вытесненной жидкости и противоположно ему направлена.

А теперь давайте порешаем задачки, чтобы закрепить, как вычислить архимедову силу.

Задача 1

В сосуд погружены три железных шарика равных объемов. Одинаковы ли силы, выталкивающие шарики? Плотность жидкости вследствие ничтожно малой сжимаемости на любой глубине считать примерно одинаковой.

Решение

Да, так как объемы одинаковы, а архимедова сила зависит от объема погруженной части тела, а не от глубины.

Задача 2

На графике показана зависимость модуля силы Архимеда F_Арх, действующей на медленно погружаемый в жидкость кубик, от глубины погружения x. Длина ребра кубика равна 10 см, его нижнее основание все время параллельно поверхности жидкости. Определите плотность жидкости. Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с².

Решение

Сила Архимеда, действующая на кубик, равна F_Арх = ρ_жgV_погр.

V_погр. — объем погруженной части кубика,

ρ_ж — плотность жидкости.

Учитывая, что нижнее основание кубика все время параллельно поверхности жидкости, можем записать:

F_Арх = ρ_жgV _погр = ρ_жga ²x

где а — длина стороны кубика.

Выразим плотность:

ρ = F_Арх / ga²x

Рассматривая любую точку данного графика, получим:

ρ = F_Архga²x = 20,25 / 10 × 7,5 × 10^-2 = 2700 кг/м³

Ответ: плотность жидкости равна 2700 кг/м ³.

Условия плавания тел

Из закона Архимеда вытекают следствия об условиях плавания тел.

Формула и определение силы Архимеда для газов

На самом деле тут все очень похоже на жидкости. Начнем с формулировки закона Архимеда:

Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в газ, равна по модулю весу вытесненного газа и противоположно ему направлена.

Сила Архимеда для газов действует аналогично архимедовой силе для жидкостей. Давайте убедимся в этом, решив задачку.

Задача

Груз какой максимальной массы может удерживать воздушный шар с гелием объема 0,3 м³, находясь в атмосфере Земли? Плотность воздуха равна 1,3 кг/м ³. Гелий считать невесомым.

Решение

Подставляем значения и получаем:

F_Арх = ρ_гgV_погр = 1,3 × 10 × 0,3 = 0,39 Н

По второму закону Ньютона для инерциальных систем отсчета:

F_Арх = mg

Выражаем массу груза и подставляем значения:

m = F_Арх / g = 0,39 / 10 = 0, 039 кг = 39 кг

Ответ: груз максимальной массы 39 г может удержать данный шарик с гелием.

Когда сила Архимеда не работает

Архимедова сила не работает лишь в трех случаях:

1. Невесомость. Главное условие возникновения Архимедовой силы — это наличие веса у среды. Если мы находимся в невесомости, холодный воздух не опускается, а горячий, наоборот, не поднимается.

2. Тело плотно прилегает к поверхности. Отсутствие газа или жидкости между поверхностью и телом свидетельствует об отсутствии выталкивающей силы — телу просто неоткуда выталкиваться.

3. Растворы и смеси. Если взять спирт, плотность которого меньше плотности воды, и смешать его с водой, получится раствор. На него не будет действовать сила Архимеда, несмотря на то, что плотность спирта меньше плотности воды — он просто растворится.

Плотность, опускание и плавание

Обзор урока для учителей

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать, что вы и ваши ученики будете делать на этом уроке.

Youtube ID: C5oPI5iI-Kg

Задача

Учащиеся смогут объяснить, что плотность вещества связана с его весом по сравнению с размером объекта. Студенты также смогут объяснить, что плотность является характерным свойством вещества.

Ключевые понятия

• Плотность — это мера того, насколько тяжелый предмет по сравнению с его размером.
• Если объект плотнее воды, он утонет при помещении в воду, а если он менее плотен, чем вода, он будет плавать.
• Плотность является характеристическим свойством вещества и не зависит от количества вещества.

Примечание: Мы намеренно используем термины «размер» и «количество» вместо «объем» при обсуждении плотности. Мы также используем «тяжелый», «легкий» и «вес» вместо «масса». Если ваши ученики уже усвоили значение объема и массы, вы можете легко использовать эти термины для определения плотности как Плотность = масса/объем, а затем использовать эти термины на уроке.

Выравнивание NGSS

• NGSS 5-PS1-3:  Выполните наблюдения и измерения для идентификации материалов на основе их свойств.

Примечание: Структура и свойства материи NGSS для класса 5 ^th , Ожидание производительности 5-PS1-3 гласит: «Плотность не предназначена как идентифицируемое свойство. Оценка не включает плотность или различительную массу и вес».

Хотя стандарт не требует использования плотности в качестве характеристического свойства для идентификации вещества, базовое введение в плотность включено здесь как необязательный элемент прогрессии обучения, ведущей к пониманию плотности в средней школе.

Резюме

• Учащиеся знакомятся с понятием плотности, и эта плотность связана с тем, насколько тяжело что-либо относительно его размера.
• Учащиеся также знакомятся с идеей, что то, тонет ли вещество в воде или плавает, является характерным свойством этого вещества и не зависит от количества вещества.
• Студенты также узнают, что если объект плотнее воды, он утонет, если его поместить в воду, а если он менее плотный, он будет плавать.

Оценка

Загрузите лист с заданиями учащегося и раздайте по одному учащемуся, если это указано в задании. Рабочий лист будет служить компонентом оценки плана урока 5-E.

Безопасность

Убедитесь, что вы и ваши ученики носите подходящие защитные очки или защитные очки.

Уборка и утилизация

Напомните учащимся о необходимости вымыть руки после выполнения задания.

Все обычные бытовые или классные материалы можно сохранить или утилизировать обычным образом.

Материалы

• Глина (1 шарик на каждую группу)
• Прозрачный пластиковый контейнер для воды
• Палочки для эскимо (20)
• Резинка

Engage

1. Для демонстрации поместите глиняный шар в воду, чтобы показать, что глина тонет.

Демонстрационные материалы:

• Глиняный шарик
• Прозрачный пластиковый контейнер для воды

Процедура

1. Поднимите глиняный шар размером с мячик для пинг-понга и спросите учащихся, думает ли он, что он утонет или всплывет в воде.
2. Поместите глину в воду.

Ожидаемый результат

Глиняный шар утонет.

Спросите учащихся:

• Как вы думаете, если я использую ½ количества глины, она всплывет или утонет в воде?

3. Отщипните примерно ½ части глины, сформируйте из нее шар и положите его в воду.

Ожидаемый результат

Он утонет.

Раздайте каждому учащемуся Рабочий лист (PDF) .
Учащиеся записывают свои наблюдения и отвечают на вопросы о задании в листе заданий.

Исследовать

2. Предложите учащимся класть в воду все меньшие и меньшие кусочки глины.
 

Вопрос для исследования:  Изменяет ли плотность объекта изменение количества материала в объекте?
 

Материалы для каждой группы

• Прозрачный пластиковый контейнер для воды
• Глиняный шар (размером с мраморный)

Процедура

1.  Поместите свой глиняный шар в воду, чтобы проверить, всплывает ли он или тонет.
2.  Отломите примерно ½ исходного глиняного шара, сформируйте из него шар и поместите в воду. Он плавает или тонет?
3. Отломите еще ½ этого меньшего шарика, сформируйте из него шар и проверьте, тонет он или всплывает.
4. Повторите этот процесс еще два раза, чтобы сделать глиняные шарики все меньше и меньше. Проверьте каждую, чтобы увидеть, тонет она или плавает.

Спросите учащихся:

• Как вы думаете, глина более плотная, чем вода, или менее плотная, чем вода?
  Более плотный

Примечание: Если учащиеся попробуют взять очень маленький кусочек глины, он может остаться на поверхности воды из-за поверхностного натяжения воды. Если ученики заранее окунут крошечный кусочек глины в воду, а затем положат его обратно на поверхность воды, он должен утонуть.

3. Покажите, что плотность древесины меньше плотности воды.

Материалы для демонстрации

• Палочки для эскимо (20)
• Резинка
• Прозрачный пластиковый контейнер
• Вода

Процедура

1. Поместите 1 палочку от эскимо в воду, чтобы проверить, тонет она или всплывает.

Спросите учащихся:

• Как вы думаете, древесина более плотная, чем вода, или менее плотная, чем вода?
  Менее плотный
• Как вы думаете, что произойдет, если мы свяжем вместе 20 палочек от эскимо – утонет или всплывет связка палочек?
  Поплавок

Объяснить

4. Используйте анимацию, чтобы объяснить некоторые основы плотности.

Покажите анимацию  –  Плотность: глина и вода

Объясните, что плотность связана с тем, насколько тяжелый предмет по сравнению с его размером. Чтобы сравнить плотность двух веществ, таких как глина и вода, вы можете сравнить вес одного и того же «размера» или объема каждого вещества.

Показывая анимацию, объясните, что, поскольку кусок глины весит больше, чем такое же количество или объем воды, глина более плотная, чем вода. Поскольку глина более плотная, чем вода, глиняный шар тонет в воде, независимо от того, насколько он велик или мал.

Показать анимацию  –  Плотность: дерево и вода

Если вы сравните вес дерева и равное количество или объем воды, образец дерева будет весить меньше, чем образец воды. Это означает, что древесина менее плотная, чем вода. Поскольку древесина менее плотная, чем вода, древесина плавает в воде, независимо от того, насколько велика или мала древесина.

Расширение

5. Покажите фотографии, чтобы объяснить, как можно изменить плотность объекта.

Ключом к плаванию является легкость для вашего размера. Таким образом, если вы можете увеличить размер объекта, не добавляя большого веса, объект будет легче по сравнению с его размером. Это означает, что плотность всего объекта уменьшится и с большей вероятностью будет плавать.

Попросите учащихся описать, как этот принцип можно использовать для объяснения того, как спасательный жилет может помочь кому-то плавать в воде.

Чтобы утонуть, нужно быть тяжелым для своего размера. Если вы можете увеличить вес объекта, не увеличивая его размер, объект будет тяжелее по сравнению с его размером. Это означает, что плотность всего объекта увеличится и, скорее всего, утонет.

Попросите учащихся объяснить, как этот принцип можно использовать для объяснения того, как грузовой пояс может помочь аквалангисту утонуть в воде, когда в противном случае он мог бы всплыть.

Примечание: Учащийся может захотеть узнать, почему лодка, сделанная из стали, может плавать, если сталь плотнее воды. Это не простой вопрос, и он требует другого подхода, отличного от того, что студенты видели до сих пор. Мы не обязательно рекомендуем следующее объяснение для 5 ^-й грейдеров, но вот идея:

Предмет всплывает, когда он вытесняет объем воды, масса которого равна массе предмета. Поэтому, если такой материал, как сталь, превратить в лодку и делать ее все больше и больше, она будет вытеснять все больше и больше воды. Когда он достаточно велик, чтобы вытеснить объем воды, масса которого равна массе лодки, лодка будет плавать.

Density—Sink and Float для твердых тел | Глава 3: Плотность

• Скачать
• Электронная почта
• Печать
• Добавить в закладки или поделиться

Тебе это нравится? Не нравится ? Пожалуйста, найдите время, чтобы поделиться с нами своими отзывами. Спасибо!

Урок 3.4