Ахлах сургуулийн сурагчдын судалж байсан анхны физик хуулиудын нэг. Ямар ч насанд хүрсэн хүн физикээс хичнээн хол байсан ч энэ хуулийг дор хаяж ойролцоогоор санаж байна. Гэхдээ заримдаа яг тодорхой тодорхойлолт, томъёолол руу буцаж, энэ хуулийн мартагдсан нарийн ширийн зүйлийг ойлгох нь ашигтай байдаг.
Архимедийн хууль юу гэж хэлдэг вэ?
Эртний Грекийн эрдэмтэн усанд орж байхдаа өөрийн алдартай хуулиа нээсэн гэсэн домог байдаг. Архимед амсар хүртэл усаар дүүргэсэн саванд шумбаж, ус асгарч байгааг анзаарч, нээлтийн мөн чанарыг тэр дор нь томьёолжээ.
Бодит байдал дээр нөхцөл байдал өөр байсан бөгөөд нээлтийн өмнө урт хугацааны ажиглалт хийсэн байх магадлалтай. Гэхдээ энэ нь тийм ч чухал биш, учир нь ямар ч тохиолдолд Архимед дараах загварыг олж чадсан.
- аливаа шингэн рүү ороход бие ба объектууд нэг дор хэд хэдэн олон чиглэлтэй хүчийг мэдэрдэг боловч тэдгээрийн гадаргуутай перпендикуляр чиглэсэн байдаг;
- эдгээр хүчний эцсийн вектор нь дээш чиглэсэн байдаг тул тайван байдалд байгаа шингэнд байгаа аливаа объект эсвэл бие түлхэлтийг мэдэрдэг;
- Энэ тохиолдолд хөвөх хүч нь тухайн объектын эзэлхүүн ба шингэний нягтын үржвэрийг чөлөөт уналтын хурдатгалаар үржүүлбэл олж авах коэффициенттэй яг тэнцүү байна.
Тиймээс Архимед шингэнд дүрсэн бие нь өөрийнх нь эзэлхүүнтэй тэнцэх хэмжээний шингэнийг нүүлгэн шилжүүлдэг болохыг тогтоожээ. Хэрэв биеийн зөвхөн хэсэг нь шингэнд дүрвэл шингэнийг нүүлгэн шилжүүлэх бөгөөд түүний эзэлхүүн нь зөвхөн дүрсэн хэсгийн эзэлхүүнтэй тэнцүү байх болно.
Үүнтэй ижил зарчим нь хийнүүдэд хамаарна - зөвхөн энд биеийн эзэлхүүн нь хийн нягттай хамааралтай байх ёстой.
Та физик хуулийг арай энгийнээр томъёолж болно - шингэн эсвэл хийнээс объектыг түлхэж буй хүч нь усанд живэх үед энэ биетийн нүүлгэн шилжүүлсэн шингэн эсвэл хийн жинтэй яг тэнцүү байна.
Хууль нь дараахь томъёогоор бичигдсэн болно.
Архимедийн хуулийн ач холбогдол юу вэ?
Эртний Грекийн эрдэмтний нээсэн загвар нь энгийн бөгөөд бүрэн ойлгомжтой юм. Гэхдээ үүнтэй зэрэгцэн өдөр тутмын амьдралдаа түүний ач холбогдлыг үнэлж баршгүй.
Биеийг шингэн, хийгээр түлхэх мэдлэгийн ачаар бид голын болон далайн хөлөг онгоц, түүнчлэн агаарын хөлөг, агаарын бөмбөлөг зэргийг барьж чадна. Хүнд металлын хөлөг онгоцнууд нь Архимедийн хууль, үүнээс үүдэлтэй олон үр дагаврыг харгалзан үздэг тул живдэггүй - тэдгээр нь усны гадаргуу дээр хөвж, живэхгүй байхаар бүтээгдсэн байдаг. Аэронавтик нь ижил төстэй зарчмаар ажилладаг - тэд агаарын хөвөх чадварыг ашигладаг бөгөөд нислэгийн явцад илүү хөнгөн болдог.
Ажиглалт, туршилтууд нь шингэн ба хийд байрлуулсан биед дарамт шахалт үзүүлдэг болохыг харуулж байна. Нэг өндөрт байгаа шингэн ба хийн даралт бүх чиглэлд ижил байна. Өндөр өөрчлөгдөхөд даралт өөрчлөгддөг. Ийм учраас хөвөх хүч үүсдэг бөгөөд үүнийг Архимедийн хүч гэж нэрлэдэг. Шингэн ба хийд Архимедийн хүч ямар тэнцүү болохыг олж мэдье.
Хий ба шингэн дэх даралт ямар байх вэ?
Даралтын тодорхойлолтыг эргэн санацгаая. Даралт ххүчний харьцаатай тэнцүү физик хэмжигдэхүүнийг нэрлэнэ үү Ф, талбайтай гадаргуутай перпендикуляр чиглэсэн С:
$p=(F\S дээш)$ (1)
Францын судлаач Блез Паскал хожим түүний нэрээр нэрлэгдсэн хуулийг нээсэн бөгөөд энэ нь дараах байдалтай байна: шингэн ба хий нь өөрт үзүүлэх даралтыг бүх чиглэлд жигд дамжуулдаг.
Паскалийн хууль ба томъёо (1) дээр үндэслэн шингэний баганын даралтыг дараах байдлаар тооцоолж болно.
$p=(F\S гаруй)=(m*g\S дээш)$ (2)
Хаана: м- шингэний масс, g= 9.8 Н/кг - чөлөөт уналтын хурдатгал.
Дараа нь шингэний массыг нягтаар илэрхийлбэл ρ болон эзлэхүүн В, бид авах:
$p=(ρ*V*g\S гаруй)$ (3)
Эзлэхүүнийг илэрхийлэх Вталбай даяар Сба өндөр h, бид даралтын эцсийн томъёог олж авна:
$p=(ρ*g*h)$ (4)
Физикийн хувьд физик хэмжигдэхүүнийг хэрхэн хэмждэгийг үргэлж мэдэх шаардлагатай байдаг. Зөвхөн хууль төдийгүй даралтыг хэмжих нэгжийг Паскалийн нэрээр нэрлэсэн. Хүчийг Ньютоноор, талбайг квадрат метрээр хэмждэг тул:
$$=( \ дээш)$$
Даралтын олон нэгжийг ихэвчлэн килопаскал (кПа) ба мегапаскаль (МПа) ашигладаг.
Архимедийн хууль
Бидний газраас маш их бэрхшээлтэй тулгардаг хүнд зүйлийг усанд байх үед нь амархан өргөдөг. Тагийг нь таглаад хоосон хуванцар сав аваад усанд бүрэн дүрээд суллавал лонх дээш хөвөх болно. Яагаад ийм зүйл болж байна вэ?
Эдгээр үзэгдлийг тайлбарлахын тулд сүүлчийн томъёог (4) харахад хангалттай. Даралтын хамаарал хгүнээс шингэн эсвэл хий хэлбэрээр h(өндөр), шингэн эсвэл хийд дүрсэн аливаа биед нөлөөлж буй хөвөх хүч гарч ирэхэд хүргэдэг. Энэ хүчийг Архимедийн хүч гэж нэрлэдэг.
Цагаан будаа. 1. Архимедийн хөрөг, дүрс
Эртний Грекийн математикч, инженер, физикч Архимед (МЭӨ 287-212) энэ үзэгдлийг нээсэн төдийгүй түүний тайлбарыг олж, хөвөх хүчийг тооцоолох томьёог гаргаж чадсан юм. Архимедийн хуулиас гадна хөшүүргийн алдартай дүрмийг нээж, нарийн төвөгтэй геометрийн гадаргуугийн талбай, эзэлхүүнийг тооцоолох математикийн томьёог анх гаргаж, анхны планетариумыг нээж, олон ашигтай төхөөрөмжийг зохион бүтээжээ.
Цагаан будаа. 2. Усанд живсэн биед үзүүлэх хөвөх хүчний үйлчлэл
Тэгш өнцөгт параллелепипедийг харуулсан зураг (өндөр hба суурь талбай С), шингэнд байрлуулсан нь Архимедийн хүчийг хэрхэн олох вэ гэсэн асуултад хариулахад тусална. Хажуугийн нүүрэн дээрх даралтын хүч нь бие биенээ тэнцвэржүүлж, хүчийг тэнцвэржүүлдэг Ф 2 Тэгээд Ф 1 ялгаатай, учир нь (4) томъёоны дагуу дээд ба доод нүүрний даралт өөр өөр байх болно. h 2 > h 1 :
Бид үр дүнгийн хүчний томъёог олж авдаг Ф А, зөрүүтэй тэнцүү байна Ф 2 Тэгээд Ф 1 :
$F_А=F_2−F_1=p_2*S−p_1*S=ρ*g*h_2*S−ρ*g*h_1*S=$
$ρ*g*S*((h_2− h_1))=ρ*g*S*h$ (5)
Үүнд: $S*h=V$ нь эзэлхүүн, $ρ*V=m$ нь биеийн шилжсэн шингэний масс юм. Дараа нь, түүнээс хойш м* gнь шилжсэн шингэний жин юм, дараа нь бид Архимедийн хүчний эцсийн томъёог олж авна Ф А:
$F_A =m*g=ρ*V*g$ (6)
Үүссэн томъёо нь Архимедийн хуулийг томъёолох боломжийг бидэнд олгоно.
Шингэн (эсвэл хий) -д дүрсэн биеийг түлхэж буй хүч нь биеэс нүүлгэсэн шингэний (эсвэл хий) жинтэй тэнцүү байна.
Усанд шумбах, тэнцвэржүүлэх, өгсөх
Бид яагаад хүнд чулууг усанд амархан өргөдөг нь тодорхой болсон: Архимедийн хүч бидэнд "тусалдаг", учир нь энэ нь таталцлын эсрэг чиглэсэн байдаг. Үүнтэй ижил шалтгаанаар шингэнд жинлэх үед биеийн жин нь агаарт хэмжсэн жингээс үргэлж бага байх болно.
Томъёо (6)-аас харахад Архимедийн хүчний хэмжээ нь шингэний нягтаас шууд хамааралтай байна. ρ мөн живсэн биеийн эзэлхүүн дээр В. Бие махбодоос үүссэн бодисын нягт нь ямар ч байж болно - энэ нь хөвөх хүчний хэмжээнд нөлөөлөхгүй. Архимедийн хүчний харьцаанаас хамаарна Ф Аболон таталцал Ф гШингэн дэх биеийн гурван боломжит байрлал байдаг.
- Хэрэв FA > Fg бол бие нь дээшээ түлхэгдэнэ - "хөвөх";
- Хэрэв FA
- Хэрэв FA = Fg бол бие нь тэнцвэрийн төлөвт аль ч гүнд шингэнд байж болно.
Архимедийн хууль нь шингэний нягтыг хэмжих төхөөрөмж болох гидрометрийн суурь юм. Гидрометр нь битүүмжилсэн шилэн колбо бөгөөд доод төгсгөлд нь жингээр жигнэнэ. Дээд хэсэг нь урт өргөтгөл хэлбэрээр хийгдсэн бөгөөд үүн дээр хэмжих хуваарь хэрэглэдэг. Шингэн дотор байрлуулахдаа гидрометрийг шингэний нягтралаас хамааран их эсвэл бага гүнд дүрнэ. Шингэний нягтрал их байх тусам гидрометрийн шумбах хэмжээ бага байна. Хэмжээ дээрх уншилтууд нь гидрометр тэнцвэрийн байрлалд байх үед өгөгдсөн шингэний нягтыг заана.
Цагаан будаа. 3. Гидрометр
Бид юу сурсан бэ?
Тиймээс бид хий, шингэнд Архимедийн хүч яагаад үүсдэг, түүний үнэ цэнэ ямар хэмжигдэхүүнээс хамаардаг болохыг олж мэдсэн. Шингэн (эсвэл хий) -д дүрсэн бие нь хөвөх хүчний нөлөөнд автдаг. Шингэн (эсвэл хий) -д дүрсэн биеийг түлхэж буй хүч нь биеэс нүүлгэсэн шингэний (эсвэл хий) жинтэй тэнцүү байна. Архимедийн хүчний талаар илүү нарийвчилсан тайлан гаргахын тулд керосин, мөнгөн ус гэх мэт уснаас бусад янз бүрийн шингэнээр сонирхолтой жишээнүүд бэлтгэж болно. Энэ нийтлэлийн сэдэв нь биеийн усан сэлэлт, аэронавтикийн онцлогтой нягт холбоотой бөгөөд үүнийг бид 7-р ангийн физикийн хичээлийн дараагийн бүлгүүдэд авч үзэх болно.
Сэдвийн тест
Тайлангийн үнэлгээ
Дундаж үнэлгээ: 4.4. Хүлээн авсан нийт үнэлгээ: 72.
хичээлийн жил
Хичээлийн сэдэв: Архимедийн хүч.
Архимедийн хууль
Зорилгохичээл:
боловсролын: тухайшингэнээс биеийг түлхэж буй хүч байгаа эсэхийг илрүүлэх;
хөгжиж буй:Архимедийн хуулийг хэрхэн хэрэглэхийг заах;
боловсролын: мэдлэгийг шинжлэх, харьцуулах, системчлэх оюуны чадварыг бий болгох. Оюутнуудад шинжлэх ухааны сонирхлыг бий болгох.
Хичээлийн төрөл: шинэ мэдлэг сурах хичээл.
Тоног төхөөрөмж (багшийн хувьд): штатив, ус урсгах нүхтэй шилэн сав, динамометр, жингийн багц, шил
оюутнуудад:динамометр, утас, жингийн багц, устай сав, хуванцар, бөмбөг.
Жагсаал:сурах бичгийн 139-р зурагт заасны дагуу туршилт хийх, модон блок, бөмбөг, устай сав.
Хөдлөххичээл
1. Зохион байгуулалтын мөч.
Хичээлийн зорилгын талаархи мессеж.
2. Мэдлэгийг шинэчлэх.
Асуултуудад хариулна уу:
1. Паскалийн хуулийг хэрхэн томъёолсон бэ?
2. Савны ёроол ба хананд шингэний даралтыг хэрхэн тооцдог вэ?
3.Шинэ материал сурах бэлтгэл.
Боловсролын асуудлын талаархи мэдэгдэл:
а/ Шингэн нь дүрсэн биед үйлчилдэг үү?
б/ Усанд живсэн биед шингэн үргэлж үйлчилдэг үү?
в/ шингэн зүйлд дүрсэн биед үзүүлэх энэхүү үйлдлийг онолын хувьд хэрхэн тайлбарлах вэ?
Туршлага руу хандъя. Бид модон блокыг усанд буулгадаг. Усны гадаргуу дээр блок хөвж байна. Мод яагаад усан дээр хөвдөг вэ?
Бид бөмбөгийг усанд буулгаж, гараа салгана. Бөмбөг усны гадаргуу руу үсэрдэг. Бөмбөг яагаад уснаас үсэрдэг вэ?
Усанд живсэн биед хөвөх хүч үйлчилдэг.
Усанд живсэн биед шингэн үргэлж үйлчилдэг үү? Усны угаалтуурт байрлуулсан металл цилиндр. Энэ биед усны нөлөө мэдэгдэхүйц байна уу?
4. Тайлбаршинэматериал:
Туршилт хийцгээе. Бид цилиндрийг динамометр дээр өлгөж, агаарт, дараа нь усанд булгийн суналтыг ажигладаг.
1. Хөвөгч хүчийг илрүүлэх туршлага:
1. Агаар дахь ачааны жинг тодорхойлох P1.
2. Усны P2 дахь ачааны жинг тодорхойлно.
3.Хэмжилтийн үр дүнг харьцуулж дүгнэлт гарга.
Дүгнэлт:Усан дахь биеийн жин нь агаар дахь биеийн жингээс бага: P1 > P2.
-Усан дахь биеийн жин яагаад агаар дахь биеийн жингээс бага байдаг вэ?
Хариулт: шингэн нь дүрсэн аливаа биед үйлчилдэг. Энэ хүч нь босоо чиглэлд дээшээ чиглэнэ.
- Та хөвөх хүчний хэмжээг хэрхэн олох вэ?
Хариулт:Усан дахь биеийн жинг агаар дахь биеийн жингээс хасах ёстой.
Бид дараах дүгнэлтэд хүрсэн. Шингэн дотор дүрсэн биед хоёр хүч үйлчилдэг: нэг хүч нь таталцлын хүч, доош чиглэсэн, нөгөө нь хөвөх хүч, дээшээ чиглэсэн.
https://pandia.ru/text/78/176/images/image003_168.gif" width="12" height="75"> 2
 |
Өнөөдөр бид шингэнд живсэн биед үйлчлэх хөвөх хүчийг судлах болно. Энэ хүч ямар хүчин зүйлээс хамаардаг болохыг олж мэдье. Энэ хүчийг хэрхэн тооцоолохыг сурцгаая. гэж нэрлэдэг түлхэж гаргахэсвэл Архимедтүүний оршин тогтнохыг анхлан тэмдэглэж, үнэ цэнийг нь тооцоолсон эртний Грекийн эрдэмтэн Архимедийг хүндэтгэх хүч.
Архимед (МЭӨ 287-212) -
Эртний Грекийн эрдэмтэн, физикч, математикч. Тэрээр хөшүүргийн дүрмийг тогтоож, гидростатикийн хуулийг нээсэн. Хичээлийн төгсгөлд Архимедийн тухай материалыг хавсаргав.
5. Бүлгээр ажиллах.
Архимедийн хүч юунаас хамаардаг вэ?
Энэ асуултад хариулахын тулд бид бүлгээрээ ажиллах болно. Бүлэг бүр даалгавар авч, тавьсан асуултанд хариулна.
Эхний бүлэгт даалгавар өгөх
Биеийн нягтаас Архимедийн хүчний хамаарлыг тодорхойл.
Тоног төхөөрөмж:устай сав, динамометр, ижил эзэлхүүнтэй, өөр өөр нягттай биетүүд (хөнгөн цагаан ба зэс цилиндр), утас.
1. Агаар дахь хөнгөн цагаан цилиндрийн жинг тодорхойл. P1= …….. Н
2. Усан дахь хөнгөн цагаан цилиндрийн жинг тодорхойл. P2= .......... Н
3.Хөнгөн цагаан цилиндрт үйлчлэх Архимедийн хүчийг ол. P1 - P2=………. Н
4. Агаар дахь зэс цилиндрийн жинг тодорхойл. P3=………. Н
5. Усан дахь зэс цилиндрийн жинг тодорхойл. P4= ………N
6.Зэс цилиндрт үйлчлэх Архимедийн хүчийг ол. P3 - P4 = ……..N
7. талаар дүгнэлт гарга хараат байдал (бие даасан байдал)Биеийн нягтралд үзүүлэх Архимедийн хүч.
Хариулт: Архимедийн хүч ………………………………. биеийн нягт.
Хоёр дахь бүлэгт даалгавар өгөх
Биеийн эзэлхүүнээс Архимедийн хүчний хамаарлыг тодорхойл.
Тоног төхөөрөмж:устай сав, янз бүрийн эзэлхүүнтэй биетүүд (хөнгөн цагаан цилиндр), динамометр, утас.
1. Агаар дахь том цилиндрийн жинг тодорхойл. P1= N
2. Усан дахь том цилиндрийн жинг тодорхойл. P2= N
3.Том цилиндрт үйлчлэх Архимедийн хүчийг ол. Р1 –Р2= Н
4. Агаар дахь жижиг цилиндрийн жинг тодорхойл. P3= N
5. Усан дахь жижиг цилиндрийн жинг тодорхойл. P4= N
6.Жижиг цилиндрт үйлчлэх Архимедийн хүчийг ол. Р3 –Р4= Н
7. талаар дүгнэлт гарга хараат байдал (бие даасан байдал) Биеийн эзэлхүүн дэх архимедын хүч.
Хариулт: Биеийн эзэлхүүнээс Архимедийн хүч ……………………………….
Гурав дахь бүлэгт даалгавар өгөх
Шингэний нягтаас Архимедийн хүчний хамаарлыг тодорхойл.
Тоног төхөөрөмж:динамометр, утас, цэвэр ус, давстай устай сав, бөмбөг.
1. Агаар дахь бөмбөгний жинг тодорхойл. P1= N
2. Цэвэр усанд бөмбөгний жинг тодорхойлно. P2= N
3.Цэвэр усан дахь бөмбөгөнд үйлчлэх Архимедийн хүчийг ол. P1 – P2 = N
4. Агаар дахь бөмбөгний жинг тодорхойл. P1= N
5. Давстай усанд бөмбөгний жинг тодорхойл. P3= N
6.Давстай усанд бөмбөгөнд үйлчлэх Архимедийн хүчийг ол. P1- P2 = N
7. талаар дүгнэлт гарга хараат байдал (бие даасан байдал) Шингэний нягтралд үзүүлэх архимедын хүч.
Хариулт: Архимедийн хүч ………………………………… шингэний нягт.
Дөрөв дэх бүлэгт даалгавар
Усанд живэх гүнээс Архимедийн хүчний хамаарлыг тодорхойл.
Тоног төхөөрөмж:динамометр, утас, устай стакан, хөнгөн цагаан цилиндр.
1. Агаар дахь хөнгөн цагаан цилиндрийн жинг тодорхойл. P1= N
2. 5 см-ийн гүн дэх усан дахь хөнгөн цагаан цилиндрийн жинг тодорхойл.P2 = H.
3.Усан дахь хөнгөн цагаан цилиндрт үйлчлэх Архимедийн хүчийг ол.
P1 – P2 = N
4. Агаар дахь хөнгөн цагаан цилиндрийн жинг тодорхойл. P1= N
5. 10 см гүн дэх усан дахь хөнгөн цагаан цилиндрийн жинг тодорхойл.P3 = H.
6.Хоёр дахь тохиолдолд хөнгөн цагааны цилиндрт үйлчлэх Архимедийн хүчийг ол.
P1 – P3 = N
7. талаар дүгнэлт гарга хараат байдал (бие даасан байдал) Биеийн живэх гүн дэх Архимедийн хүч.
Хариулт: Архимедийн хүч …………………………………………………………………………………………………………………………
Тав дахь бүлгийн даалгавар
Архимедийн хүчний биеийн хэлбэрээс хамаарах хамаарлыг тодорхойлно уу.
Тоног төхөөрөмж:динамометр, утас, устай сав, хуванцар хэсэг.
1. Хуванцар хавтанг шоо болгон хэлбэржүүлнэ.
2. Агаар дахь plasticine-ийн жинг тодорхойлно. P1= N
3. Усан дахь plasticine-ийн жинг тодорхойлно. P2 = N
4. Хуванцар дээр үйлчлэх Архимедийн хүчийг ол. P1 – P2 = N
5.Хэсэг хуванцар хуванцарыг бөмбөг хэлбэртэй болго.
6. Агаар дахь plasticine-ийн жинг тодорхойлно. P3= N
7. Усан дахь plasticine-ийн жинг тодорхойлно. P4= N
8. Хуванцар дээр үйлчлэх Архимедийн хүчийг ол. P3-P4= Н
9. Эдгээр хүчийг харьцуулж, дүгнэлт гарга хараат байдал (бие даасан байдал) Биеийн хэлбэрт үзүүлэх архимедын хүч.
Хариулт: Биеийн хэлбэрээс хамаарч Архимедийн хүч ………………………………………….
Үр дүнг хүлээн авсны дараа баг бүр хийсэн ажлаа амаар тайлагнаж, дүгнэлтээ тайлагнана. Дүгнэлтийг оюутнууд дэвтэрт, багш нь самбар дээр хүснэгт хэлбэрээр бичнэ.
Архимедийн хүч |
|
Үүнд хамаарахгүй: | хамаарна: |
1) биеийн хэлбэр; 2) биеийн нягтрал 3) живэх гүн. | 1) биеийн хэмжээ; 2) шингэний нягт. |
Архимедийн хүч нь биеийн эзэлхүүн ба шингэний нягтаас хамаардаг болохыг бид олж мэдсэн. Шингэн дотор живсэн биед үзүүлэх нөлөөг онолын хувьд хэрхэн тайлбарлах вэ. Туршилтаас харахад шингэний үйлдэл дээшээ чиглэсэн байна.
Таны урд байгаа төхөөрөмжийг ашиглан хөвөх хүчний утгыг тодорхойлж болно.
Төхөөрөмжийг "Архимед хувин" гэж нэрлэдэг. Энэ бол заагч, масштаб, хувин, ижил эзэлхүүнтэй цилиндр, цутгах сав, шил бүхий булаг юм.
Энд пүрш нь динамометрийн үүрэг гүйцэтгэдэг.
1. Шанаганы эзэлхүүн нь цилиндрийн эзэлхүүнтэй тэнцүү болохыг харуул.
2. Цутгамал хоолойн түвшнээс дээш цутгах саванд ус хийнэ. Илүүдэл ус нь шилэнд юүлнэ. Ус зайлуулах.
3. Бид хавараас хувин, цилиндрийг нь өлгөдөг. Бид заагч ашиглан булгийн суналтыг тэмдэглэнэ. Сум нь агаарт байгаа биеийн жинг харуулж байна.
4. Биеийг дээшлүүлсний дараа бид түүний доор цутгах савыг тавьдаг. Цутгамал саванд дүрсэний дараа усны зарим хэсэг нь шилэнд хийнэ. Пүршний заагч дээш хөдөлж, пүрш агших нь шингэн дэх биеийн жин буурч байгааг илтгэнэ.
Хавар яагаад гэрээ хийдэг вэ?
Энэ тохиолдолд таталцлын хүчнээс гадна биеийг шингэнээс түлхэж буй хүч ч бас нөлөөлдөг.
Хөөх хүч аль чиглэлд чиглэгддэг вэ?
Хөвөх хүч нь дээшээ чиглэнэ.
5. Шилэн усыг хувин руу хийнэ.
Хаврын үзүүлэлтийг анхаарч үзээрэй. Шилэн усыг хувин руу юүлсний дараа пүршний заагч хаана зогссон бэ?
Заагч анхны байрандаа буцаж ирэв.
Хаврын заагч яагаад өмнөх байрлал руугаа буцсан бэ?
Таталцал, хөвөх хүчнээс гадна булаг нь хувин дахь усны жинд нөлөөлдөг.
Усны жин нь хөвөх хүчтэй тэнцүү байна.
Хэр их ус гарч байгааг анзаарсан уу?
Бүтэн хувин.
Хувинд цутгасан усны хэмжээ болон цилиндрийн эзэлхүүнийг харьцуул.
Тэд адилхан.
Энэ туршлага дээр үндэслэн бид дараахь дүгнэлтэд хүрэв: хөвөх хүч нь биеэс нүүлгэн шилжүүлсэн шингэний жинтэй тэнцүү байна.
6. Архимедийн хуулийг томъёолсон: шингэнд живсэн биед тухайн биед шилжсэн шингэний жинтэй тэнцэх хэмжээний хөвөх хүч үйлчилнэ.
Энэ туршлага дээр үндэслэн ингэж дүгнэж болно Шингэн дотор бүрэн дүрсэн биеийг шахаж гаргах хүч нь энэ биеийн эзэлхүүн дэх шингэний жинтэй тэнцүү байна.
Хэрэв үүнтэй төстэй туршилтыг хийд дүрсэн биетэй хийсэн бол үүнийг харуулах байсан хүч, биеийг хийнээс гаргах нь мөн биеийн эзэлхүүн дэх хийн жинтэй тэнцүү байна.
Тиймээс Архимед (эсвэл хөвөх) хүч нь биеийн эзэлхүүн дэх шингэний жинтэй, тухайлбал FA = RJ = g m f байна гэдгийг туршлага баталж байна.
Биеийн нүүлгэн шилжүүлсэн шингэний массыг түүний нягт (ρl) болон шингэнд дүрсэн биеийн эзэлхүүн (Vt) -ээр илэрхийлж болно (Vl - биед шилжсэн шингэний эзэлхүүн Vt-тэй тэнцүү - эзэлхүүн). шингэнд дүрсэн биеийн, Vl = Vt), t өөрөөр хэлбэл мл = ρlVt.
Дараа нь бид FA =gρzhVt авна.
Архимедийн хүч нь биеийг дүрж буй шингэний нягт болон энэ биеийн эзэлхүүнээс хамаардаг болохыг тогтоожээ. Гэхдээ энэ нь жишээлбэл, шингэнд дүрсэн биеийн бодисын нягтралаас хамаардаггүй, учир нь энэ хэмжээ нь үүссэн томъёонд ороогүй болно.
Одоо шингэнд (эсвэл хий) дүрсэн биеийн жинг тодорхойлъё. Энэ тохиолдолд биед үйлчилж буй хоёр хүч нь эсрэг чиглэлд (таталцлын хүч доош, Архимедийн хүч дээш) чиглэсэн байдаг тул P1 шингэн дэх биеийн жин нь биеийн жингийн жингээс бага байх болно. вакуум дахь бие P = g m (m нь биеийн масс) Архимедийн хүчээр FA = g m f (m f нь биед шилжсэн шингэний масс), өөрөөр хэлбэл P1 = P - FA, эсвэл P1 = g m - g m f.
Тиймээс хэрэв биеийг шингэн (эсвэл хий) -д дүрвэл тэр шингэн (эсвэл хий) жингээ хасдаг шиг жингээ хасдаг.
Архимедийн хүчийг тооцоолохдоо V нь зөвхөн шингэнд бүрэн орсон биеийн эзэлхүүний хэсгийг л хэлдэг гэдгийг санах нь зүйтэй.
Энэ нь биеийн эзэлхүүний нэг хэсэг (хэрэв энэ нь бүрэн живэхгүйгээр гадаргуу дээр хөвж байвал), эсвэл бүхэлдээ (хэрэв бие нь живсэн бол) байж болно.
Зураг 2-т энэ эзлэхүүнийг сүүдэрлэсэн байна.
https://pandia.ru/text/78/176/images/image007_112.gif" өргөн "673" өндөр "348 src=">
Архимедийн зарчмыг математикийн аргаар гаргаж болно.
Тайлбарлахын тулд бид бие дэх шингэний даралтын санааг ашигладаг. Шингэн доторх даралт: p=gρлh. Зураг 3. Шингэн дотор параллелепипед байна. Хэрэв дээд нүүр нь h1 гүнд, доод хэсэг нь h2 гүнд байвал р2 >р1 болно. Хажуугийн нүүрэн дээрх даралтыг нөхдөг, учир нь Паскалийн хуулийн дагуу (хажуугийн нүүрэн дээр) бүх чиглэлд ижил түвшний даралт ижил байдаг.
https://pandia.ru/text/78/176/images/image009_99.gif" өргөн "673" өндөр "298">
Дүгнэлт:биеийг түлхэх нь доод ба дээд нүүрэнд янз бүрийн даралтын үйл ажиллагааны үр дүнд үүсдэг.
R доош > R дээш.
Шингэн нь параллелепипедийн дээд ба доод гадаргуу дээр үйлчлэх хүчийг олдог.
F1=p1S= gρж h1.
F2=p2S= gρl h2.
F2 - F1=gρl h2- gρlh1=gρl (h2 –h1).
(h2 –h1)= h нь параллелепипедийн өндөр тул Sh=V нь параллелепипедийн эзэлхүүн болно. Үүний үр дүнд F2 - F1 =gρlV.
Эцэст нь: FA =gρlV.
gρжV гэж юу вэ? Томъёоны дагуу энэ нь эдгээр биетүүдийн нүүлгэн шилжүүлсэн шингэний жин юм.
5. Асуудлыг шийдэх жишээ
1.6 м3 эзэлхүүнтэй чулуун дээр далайн усанд үйлчлэх хөвөх хүчийг тодорхойл.
Өгөгдсөн: Шийдэл:
https://pandia.ru/text/78/176/images/image010_85.gif" өргөн="2 өндөр=86" өндөр="86">V= 1.6 м3 FA =gρzhV. FA=9.8 м /кг 1030 кг /м3 1.6 м3 =N ≈ 16.5 кН.
ρl =1030 кг/м3
DIV_ADBLOCK800">
18.Тэнцвэрийн цацрагт ижил масстай хоёр ган цилиндр дүүжлэгдсэн. Нэг цилиндрийг усанд, хоёр дахь цилиндрийг керосинд дүрвэл жингийн тэнцвэр алдагдах уу? Усны нягт 1000 кг/м3, керосин нь 800 кг/м3.
7. Номноос хийсэн ажил.
Сурах бичгийн 32 (3,4)-р дасгалын асуудлыг шийдвэрлэх.
8. Сурагчид хамрагдсан материалыг эзэмшсэн эсэхийг шалгах.
Оюутнууд янз бүрийн түвшний даалгавар бүхий картуудыг хүлээн авдаг:
Эхний ажил бол хөвөх хүчийг тодорхойлох, хоёр дахь нь эзлэхүүнийг тодорхойлох, гурав дахь нь хосолсон ажил юм.
Карт 1.
2.Цилиндрийн агаар ба усан дахь жингийн зөрүү 4 Н бол ган цилиндрийн эзэлхүүн хэд вэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
3. 1,2 х 0,6 х 0,3 м хэмжээтэй боржин чулуун хавтанг эзэлхүүнийх нь хагасыг усанд дүрнэ. Хавтан хэр хөнгөн болсон бэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
Карт 2.
1. Бөмбөгний эзэлхүүн 0.002 м3. Бөмбөгийг усанд оруулахад ямар хөвөх хүч үйлчлэх вэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
3. 200 гр жинтэй хар тугалгатай цилиндрийг пүршний балансаас дүүжлэв. Дараа нь цилиндрийг усанд дүрнэ. Эхний болон хоёр дахь тохиолдолд жингийн уншилтууд юу вэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна. Хар тугалгын нягт нь 11300 кг/м3.
Карт 3.
1. 4 х 5 х 10 см хэмжээтэй үйсэн блокыг керосиноос ямар хүчээр түлхэж гаргах вэ? Нягт 800 кг/м3.
2. Усан дахь хэсэгт үйлчлэх Архимедийн хүч 1000 Н-тэй тэнцүү. Хэсгийн эзэлхүүнийг ол. Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
Карт 4.
1. Усанд бүрэн дүрэх үед 0.8 дм3 эзэлхүүнтэй металл блок дээр ямар хөвөх хүч үйлчлэх вэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
2. Усан дахь цацрагт үйлчлэх Архимед хүч 1000 Н-тэй тэнцүү. Хэсгийн эзэлхүүнийг ол. Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
3. 27000 Н хүндийн хүчний үйлчлэлд байдаг боржин чулуун хавтанг усанд барихын тулд ямар хүч хэрэглэх ёстой вэ? Хавтангийн эзэлхүүн нь 1 м3 байна. усны нягтрал - 1000 кг / м3.
Карт 5.
1.Ган баарны эзэлхүүн нь 6 дм3. Блок дээр ямар хөвөх хүч үйлчилдэг вэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
2. Агаарт 1960 Н жинтэй ган хавтан усанд орсны дараа 1708.7 Н жинтэй болж эхэлсэн. Ган хавтангийн эзэлхүүн хэд вэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
3. Нягт нь 500 кг/м3 модон бөмбөг усанд хөвж байна. Усны нягт 1000 кг/м3 бол бөмбөгний эзлэхүүний аль хэсгийг усанд дүрэх вэ.
9. Хичээлийг дүгнэх.
Энэ хичээлээр бид Архимедийн хуулийг судалсан. Бид юу сурсан бэ? Бид хичээлийн зорилгодоо хүрсэн үү?
Өөрсдийгөө онцолсон хүмүүсийг үнэлдэг. Хичээл өгсөнд маш их баярлалаа!
10. Гэрийн даалгавар:§ 49, дасгал 32(1,2)
§8. Архимедийн домог. Хуудас 163.
Чадварлаг оюутнуудын хувьд 29-р даалгаврыг гүйцэтгэнэ.
Хичээлийн нэмэлт материал
“Хөгжилтэй физик” номын 106-р хуудсанд “Мөнхийн” усан хөдөлгүүр”, “Садко” хэрхэн хүмүүжсэн бэ? Би уншихыг зөвлөж байна.
Архимед ба түүний шинэ бүтээлүүд.
Архимед (МЭӨ 287-212 он) бол Эртний Грекийн хамгийн гайхалтай эрдэмтэн юм. Тэрээр Ньютон, Гаусс, Эйлер, Лобачевский болон бусад бүх цаг үеийн шилдэг математикчидтай зэрэгцдэг. Түүний бүтээлүүд зөвхөн математикт зориулагдаагүй. Тэрээр механикийн салбарт гайхалтай нээлт хийж, одон орон, оптик, гидравликийн талаар сайн мэдлэгтэй, жинхэнэ домогт хүн байсан.
Нар, сарны диаметрийн тухай эссе бичсэн одон орон судлаач Фидиагийн хүү Архимед Грекийн Сицилийн Сиракуз хотод төрж, амьдарч байжээ. Тэрээр II Хиерон хаан болон түүний өв залгамжлагчийн ордонд ойр байсан.
Хиерогийн тахилын титмийн түүхийг сайн мэддэг. Архимед үнэт эдлэлийн үнэнч шударга байдлыг шалгаж, титэм нь цэвэр алтаар хийгдсэн эсэх, бусад металлын хольцтой эсэх, дотор нь хоосон зай байгаа эсэхийг тодорхойлохыг даалгажээ. Нэгэн өдөр Архимед энэ тухай бодож байтал усанд орохдоо түүний биеэс нүүлгэн шилжүүлсэн ус захаар асгарч байгааг анзаарчээ. Гайхалтай эрдэмтний сэтгэлд тэр дороо нэгэн гэгээлэг санаа орж, “Эврика, Эврика!” гэж хашгирав. Тэр нүцгэн байсан ч туршилт хийхээр яаравчлав.
Архимедийн санаа маш энгийн. Усанд живсэн бие нь түүний эзлэхүүнтэй тэнцэх хэмжээний шингэнийг зайлуулдаг. Титэмийг цилиндр хэлбэртэй саванд устай байрлуулснаар та хэр их шингэнийг нүүлгэн шилжүүлэхийг тодорхойлох боломжтой, өөрөөр хэлбэл түүний эзлэхүүнийг олж мэдэх боломжтой. Мөн эзэлхүүнийг мэдэж, титэмийг жинлэх нь тодорхой таталцлыг тооцоолоход хялбар байдаг. Энэ нь үнэнийг тогтоох боломжийг олгоно: эцсийн эцэст алт бол маш хүнд металл бөгөөд хөнгөн хольц, ялангуяа хоосон чанар нь бүтээгдэхүүний хувийн жинг бууруулдаг.
Гэхдээ Архимед үүгээр зогссонгүй. Тэрээр “Хөвөгч биетүүдийн тухай” бүтээлдээ “Шингэнд дүрсэн бие нь нүүлгэн шилжүүлсэн шингэний жинтэй адил жин алддаг” гэсэн хуулийг томъёолжээ. Архимедийн хууль нь (хожим олдсон бусад баримтуудын хамт) гидравликийн үндэс суурь болох шингэний хөдөлгөөний хууль ба тэнцвэрийг судалдаг шинжлэх ухаан юм. Ган бөмбөлөг (хоосон зайгүй) усанд живж, модон биет хөвж байдгийг энэ хууль тайлбарладаг. Эхний тохиолдолд нүүлгэн шилжүүлсэн усны жин нь бөмбөгний жингээс бага, өөрөөр хэлбэл Архимедийн "хөвөх" хүч нь түүнийг гадаргуу дээр байлгахад хангалтгүй юм. Гэхдээ их ачаатай, их бие нь төмрөөр хийгдсэн хөлөг онгоц живдэггүй, зөвхөн усны шугам гэж нэрлэгддэг хоолойд живдэг. Хөлөг онгоцны их бие дотор агаараар дүүрсэн зай их байдаг тул хөлөг онгоцны дундаж хувийн жин нь усны нягтаас бага бөгөөд хөвөх хүч нь түүнийг усанд байлгадаг. Архимедийн хууль мөн агаараас хөнгөн (устөрөгч, гелий) дулаан агаар эсвэл хийгээр дүүрсэн бөмбөлөг яагаад дээш нисдэг болохыг тайлбарладаг.
Гидравликийн талаархи мэдлэг нь Архимедийг ус шахах зориулалттай шураг насос зохион бүтээх боломжийг олгосон. Саяхан болтол ийм шахуурга (kohlya) Испани, Мексикийн мөнгөний уурхайд ашиглагдаж байсан.
Физикийн хичээлээс л хүн бүр Архимедийн хөшүүргийн дүрмийг мэддэг. Домогт өгүүлснээр эрдэмтэн "Надад тулгуур цэг өг, тэгвэл би дэлхийг өргөх болно!" . Мэдээжийн хэрэг, Архимед хөшүүргийг ашиглахыг бодож байсан ч өөртөө бага зэрэг итгэлтэй байсан: тулгуур цэгээс гадна түүнд үнэхээр гайхалтай хөшүүрэг хэрэгтэй болно - гайхалтай урт, нэгэн зэрэг нугардаггүй саваа.
Найдвартай баримтууд болон олон тооны домог нь Архимед олон сонирхолтой машин, төхөөрөмжийг зохион бүтээсэн болохыг харуулж байна.
Ашигласан уран зохиолын жагсаалт:
Физикийн бие даасан ажил.
Физикийн хөгжилтэй туршилтууд.
VI ангийн физик дан асуудаллы дәресләр.
Физик унших ном.
Физикийн 7-8-р ангийн бодлогын түүвэр.
Сэдэвчилсэн болон хичээлийн төлөвлөлт.
Сонирхолтой физик. Ном 2. (х. 106).
Физикийн хичээлийн хөгжил.
A.V Постников. Физикийн хичээлээр сурагчдын мэдлэгийг шалгах.
Физикийн чанарын асуудлууд.
Физикийн чиглэлээр оюутнуудын бие даасан ажил.
Физикийн дидактик материал.
Сэдвийн нэмэлт даалгавар
Даалгаварууд:
Эхний түвшний бэрхшээлүүд.
Хөвөгч хүчийг тодорхойлох.
1.Ган баарны эзэлхүүн 0.2 м3. Блокыг усанд оруулахад ямар хөвөх хүч үйлчлэх вэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
2. Бөмбөгний эзэлхүүн 0.002 м3. Бөмбөгийг усанд оруулахад ямар хөвөх хүч үйлчлэх вэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
3. 4 х 5 х 10 см хэмжээтэй үйсэн блокыг керосиноос ямар хүчээр түлхэж гаргах вэ? Нягт 800 кг/м3.
4.0.8 дм3 эзэлхүүнтэй металл блокыг усанд бүрэн дүрэх үед хөвөх хүч ямар байх вэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
5.Ган баарны эзэлхүүн нь 6 дм3. Блок дээр ямар хөвөх хүч үйлчилдэг вэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
6. 0.02 м3 эзэлхүүнтэй цилиндрийг ус руу буулгана. Архимедийн хүчийг ол. Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
7. Боржин чулуун блок дээр үйлчлэх хөвөх хүчийг усанд бүрэн дүрэх үед түүний зарим хэсгийг нүүлгэн шилжүүлэх хүчийг тооцоол. Нүүлгэн шилжүүлсэн усны хэмжээ 0.8 м3 байна. Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
8. 3.5 х 1.5 х 0.2 м хэмжээтэй төмөр бетонон хавтанг бүрэн усанд дүрнэ. Хавтан дээр үйлчлэх Архимедийн хүчийг тооцоол. Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
Нарийн төвөгтэй байдлын хоёр дахь түвшний асуудлууд.
Эзлэхүүнийг тодорхойлохын тулд:
1. Цилиндрийн агаарын болон усан дахь жингийн зөрүү нь ган цилиндрийн эзэлхүүн хэд вэ?
4 Н? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
2. Усанд бүрэн дүрэгдсэн биеийн хөвөх хүч 29,4 Н бол түүний эзлэхүүнийг тодорхойл.Усны нягт 1000 кг/м3.
3. Усан дахь хэсэгт үйлчлэх Архимедийн хүч 1000 Н-тэй тэнцүү. Хэсгийн эзэлхүүнийг ол. Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
4. Усан дахь цацрагт үйлчлэх Архимед хүч 1000 Н-тэй тэнцүү. Хэсгийн эзэлхүүнийг ол. Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
5. Ган хавтан агаарт 1960 Н жинтэй байсан бол усанд дүрсний дараа хавтан 1708,7 Н жинтэй болж эхэлсэн. Ган хавтангийн эзэлхүүн хэд вэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
Гурав дахь түвшний даалгавар.
1. 1.2 х 0.6 х 0.3 м хэмжээтэй боржин чулуун хавтанг эзэлхүүнийх нь хагасыг усанд дүрнэ. Хавтан хэр хөнгөн болсон бэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна.
2. 200 гр жинтэй хар тугалгатай цилиндрийг пүршний балансаас дүүжлэв. Дараа нь цилиндрийг усанд дүрнэ. Эхний болон хоёр дахь тохиолдолд жингийн уншилтууд юу вэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна. Хар тугалгын нягт нь 11300 кг/м3.
3. 5 дм3 эзэлхүүнтэй, 0,5 кг масстай бөмбөгийг усан доор барихын тулд ямар хүч хэрэглэх ёстой вэ? Усны нягт нь 1000 кг / м3 байна. Энэ хүч хаашаа чиглэж байна вэ?
4. 27000 Н хүндийн хүчний үйлчлэлд байдаг боржин чулуун хавтанг усанд барихын тулд ямар хүч хэрэглэх ёстой вэ? Хавтангийн эзэлхүүн нь 1 м3 байна. усны нягтрал - 1000 кг / м3.
5. Нягт нь 500 кг/м3 модон бөмбөг усанд хөвж байна. Усны нягт 1000 кг/м3 бол бөмбөгний эзлэхүүний аль хэсгийг усанд дүрэх вэ.
Даалгаварууд:
практик даалгавар.
карттай ажиллах:
1. Хөнгөн цагаан ба төмөр баарыг хөшүүргийн хуваарийн цацрагийн төгсгөлд түдгэлзүүлсэн (зураг харна уу). Тэдний массыг усан дахь хайрс тэнцвэртэй байхаар сонгосон. Тэдний савнаас ус асгавал аль блок илүү жинтэй байх вэ?
2. Хөшүүргийн жингийн дам нурууны үзүүрт хоёр ижил ган бөмбөлөг өлгөөтэй байна. Бөмбөгийг өөр өөр шингэнд хийвэл тэнцвэрт байдал хадгалагдах уу (зураг харна уу)?
Керосин ус
3. Зурагт усан дотор хөвж буй хоёр бөмбөрцөг биетийг харуулж байна. Аль бие хамгийн их нягттай вэ?
4. Бие усны гадаргуу дээр хөвж байна. Энэ биед нөлөөлж буй хүчийг графикаар дүрсэл (зураг харна уу).
5. Агааргүй шилэн бөмбөлөг болон тугалгатай бөмбөгийг хөшүүргийн жин дээр тэнцвэржүүлсэн байна (зураг харна уу) Жинлүүрийг бөмбөлгүүдийн хамт уулын оройд гаргавал жингийн тэнцвэр алдагдах уу?
6. Ижил хэмжээтэй, гэхдээ өөр өөр эзэлхүүнтэй бөмбөлгүүдийг ижил пүршээс дүүжлэв. Устай савыг доороос бөмбөлгүүд рүү авчирч, бөмбөгийг бүрэн усанд оруулах хүртэл ийм түвшинд өргөв (зураг харна уу) Аль булаг илүү агших вэ?
7. Ижил масстай, ижил эзэлхүүнтэй биеийг ижил уян хатан пүршээс дүүжлэв (зураг харна уу). Шингэнд дүрвэл аль булаг хамгийн богино байх вэ?
8. Усанд буулгасан ган бөмбөлгүүдийн аль нь хамгийн их хөвөх хүчийг мэдэрдэг вэ? Яагаад?
9. Тэнцвэрийн цацрагт дүүжлэгдсэн ижил бөмбөгийг зурагт үзүүлсэн шиг шингэнд дүрсэн. А, дараа нь зурагт үзүүлсэн шиг б.Ямар тохиолдолд жингийн тэнцвэр алдагдах вэ? Яагаад?
Асуудлыг шийдвэрлэхэд шаардлагатай зарим бодисын нягтрал.
Бодисын нэр | Нягт, кг/м3 |
Хөнгөн цагаан | |
Архимедийн хууль бол шингэн ба хийн статикийн хууль бөгөөд үүний дагуу шингэн (эсвэл хий) дотор дүрсэн биед биеийн эзэлхүүн дэх шингэний жинтэй тэнцэх хөвөх хүч үйлчилдэг.
Суурь
"Эврика!" ("Олдсон!") - Энэ бол хэлмэгдүүлэлтийн зарчмыг нээсэн эртний Грекийн эрдэмтэн, гүн ухаантан Архимедийн хийсэн домогт хэлсэн үг юм. Домогт өгүүлснээр бол Сиракузын хаан II Херон сэтгэгчээс титэм нь хааны титмийг гэмтээхгүйгээр шижир алтаар хийсэн эсэхийг тодорхойлохыг хүссэн байдаг. Архимедийн титэмийг жинлэх нь тийм ч хэцүү биш байсан ч энэ нь хангалтгүй байсан - цутгасан металлын нягтыг тооцоолж, цэвэр алт мөн эсэхийг тодорхойлохын тулд титмийн эзэлхүүнийг тодорхойлох шаардлагатай байв. Дараа нь, домогт өгүүлснээр, Архимед титэмний хэмжээг хэрхэн тодорхойлох талаар бодолд автаж, ваннд орж, ванны усны түвшин нэмэгдсэнийг гэнэт анзаарав. Дараа нь эрдэмтэн түүний биеийн эзэлхүүн нь ижил хэмжээний усыг нүүлгэж байгааг ойлгосон тул титэм нь ирмэг хүртэл дүүргэсэн сав руу буулгавал түүний эзэлхүүнтэй тэнцэх хэмжээний усыг нүүлгэн шилжүүлэх болно. Асуудлыг шийдэх гарц олдсон бөгөөд домогт өгүүлдэг хамгийн түгээмэл хувилбарын дагуу эрдэмтэн ялалтаа хааны ордон руу тайлагнахаар гүйж, хувцаслах ч санаа зовсонгүй.
Гэсэн хэдий ч үнэн нь үнэн юм: хөвөх хүчний зарчмыг нээсэн хүн бол Архимед юм. Хэрэв хатуу биетийг шингэнд дүрвэл шингэнд дүрсэн биеийн хэсгийн эзэлхүүнтэй тэнцэх хэмжээний шингэнийг нүүлгэн шилжүүлнэ. Өмнө нь нүүлгэн шилжүүлсэн шингэнд үйлчилж байсан даралт одоо түүнийг нүүлгэн шилжүүлсэн хатуу биед үйлчилнэ. Хэрэв босоо тэнхлэгт дээш чиглэсэн хөвөх хүч нь биеийг босоо байдлаар доош татах таталцлын хүчнээс их байвал бие нь хөвөх болно; эс бөгөөс живэх болно (живэх). Орчин үеийн хэлээр бол биеийн дундаж нягт нь дүрж буй шингэний нягтаас бага байвал хөвдөг.
Архимедийн хууль ба молекул кинетик онол
Амралттай шингэнд хөдөлгөөнт молекулуудын нөлөөгөөр даралт үүсдэг. Тодорхой эзэлхүүнтэй шингэнийг хатуу биетээр нүүлгэх үед молекулуудын мөргөлдөөний дээш чиглэсэн импульс нь биеэс нүүлгэн шилжүүлсэн шингэний молекулууд дээр биш, харин биед өөрөө тусах бөгөөд энэ нь доороос болон түлхэж буй даралтыг тайлбарладаг. энэ нь шингэний гадаргуу руу чиглэнэ. Хэрэв бие нь шингэнд бүрэн дүрэгдсэн бол хөвөх хүч түүн дээр үргэлжлүүлэн ажиллах болно, учир нь даралт нь гүн нэмэгдэх тусам нэмэгдэж, биеийн доод хэсэг нь хөвөх хүч болох дээд хэсгээс илүү их даралтанд өртдөг. үүсдэг. Энэ бол молекулын түвшинд хөвөх хүчний тайлбар юм.
Энэхүү түлхэх загвар нь уснаас хамаагүй нягт гангаар хийсэн хөлөг онгоц яагаад хөвж байдгийг тайлбарладаг. Усан онгоцны нүүлгэн шилжүүлсэн усны хэмжээ нь усанд живсэн гангийн эзэлхүүн дээр усан шугамын доорх хөлөг онгоцны их бие дотор агуулагдах агаарын эзэлхүүнтэй тэнцүү байна. Хэрэв бид их биений бүрхүүл ба түүний доторх агаарын нягтыг дунджаар тооцвол хөлөг онгоцны нягт (бие махбодийн хувьд) усны нягтралаас бага байдаг тул үр дүнд нь хөвөх хүч түүнд нөлөөлдөг. Усны молекулуудын цохилтын дээд импульс нь дэлхийн таталцлын хүчнээс өндөр болж, хөлөг онгоцыг ёроол руу татаж, хөлөг онгоц хөвж байна.
Томъёо ба тайлбар
Усанд живсэн биед тодорхой хүч үйлчилдэг гэдгийг хүн бүр сайн мэддэг: хүнд бие нь хөнгөн болдог - жишээлбэл, усанд ороход бидний бие. Гол мөрөн эсвэл далайд сэлж байхдаа та газар дээр өргөх боломжгүй маш хүнд чулууг ёроолын дагуу хялбархан өргөж, хөдөлгөж чадна. Үүний зэрэгцээ хөнгөн жинтэй бие нь усанд дүрэхийг эсэргүүцдэг: жижиг тарвасны хэмжээтэй бөмбөгийг живүүлэх нь хүч чадал, ур чадвар шаарддаг; Хагас метр диаметртэй бөмбөгийг дүрэх боломжгүй байх магадлалтай. Бие яагаад хөвдөг (мөн өөр нэг живдэг) нь түүнд дүрсэн биед үзүүлэх шингэний нөлөөтэй нягт холбоотой байдаг гэсэн асуултын хариулт нь ойлгомжтой юм; Хөнгөн биетүүд хөвж, хүнд нь живдэг гэсэн хариултанд сэтгэл хангалуун байж чадахгүй: ган хавтан нь мэдээжийн хэрэг усанд живэх болно, гэхдээ хэрэв та түүнээс хайрцаг хийвэл тэр хөвж болно; Гэсэн хэдий ч түүний жин өөрчлөгдөөгүй.
Гидростатик даралт байгаа нь шингэн эсвэл хий доторх аливаа биед хөвөх хүчийг үүсгэдэг. Шингэн дэх энэ хүчний утгыг анх Архимед туршилтаар тогтоосон. Архимедийн хуулийг дараах байдлаар томъёолсон болно. шингэн эсвэл хийд дүрсэн бие нь биеийн усанд дүрсэн хэсэгт шилжсэн шингэн эсвэл хийн хэмжээний жинтэй тэнцэх хөвөх хүчний үйлчлэлд өртдөг.
Томъёо
Шингэн дотор дүрсэн биед үйлчлэх Архимедийн хүчийг дараах томъёогоор тооцоолж болно. Ф A = ρ f gVБаасан,
Энд ρl нь шингэний нягт,
g - чөлөөт уналтын хурдатгал,
Vpt нь шингэнд дүрсэн биеийн хэсгийн эзэлхүүн юм.
Шингэн эсвэл хий дотор байрлах биеийн төлөв байдал нь таталцлын модулиуд Ft ба энэ биед үйлчилдэг Архимед хүчний FA хоорондын хамаарлаас хамаарна. Дараах гурван тохиолдол байж болно.
1) Ft > FA – бие нь живдэг;
2) Ft = FA – бие нь шингэн эсвэл хийд хөвдөг;
3) Фт< FA – тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.
Шингэн ба хий, үүний дагуу шингэн (эсвэл хий) -д дүрсэн аливаа биед энэ шингэн (эсвэл хий) нь биеэс нүүлгэн шилжүүлсэн шингэний (хий) жинтэй тэнцэх хөвөх хүчээр үйлчилж, босоо чиглэлд дээшээ чиглүүлдэг.
Энэ хуулийг эртний Грекийн эрдэмтэн Архимед 3-р зуунд нээжээ. МЭӨ д. Архимед өөрийн судалгааныхаа сүүлийн үеийн шинжлэх ухааны бүтээлүүдийн нэг гэж тооцогддог "Хөвөгч биетүүдийн тухай" өгүүлэлдээ судалгаагаа тодорхойлсон.
Эндээс гаргасан дүгнэлтийг доор харуулав Архимедийн хууль.
Шингэн ба хийн тэдгээрт живсэн биед үзүүлэх үйлдэл.
Хэрэв та агаараар дүүрсэн бөмбөгийг усанд дүрээд гаргавал дээшээ хөвнө. Модны хэсэг, үйсэн болон бусад олон биетэй ижил зүйл тохиолдох болно. Ямар хүч тэднийг хөвөхөд хүргэдэг вэ?
Усанд живсэн биед усны даралтын хүч бүх талаасаа нөлөөлдөг (Зураг 1). А). Биеийн бүх цэгүүдэд эдгээр хүч нь түүний гадаргуутай перпендикуляр чиглэгддэг. Хэрэв эдгээр бүх хүч тэнцүү байвал бие нь зөвхөн бүх талын шахалтыг мэдрэх болно. Гэхдээ өөр өөр гүнд гидростатик даралт өөр өөр байдаг: энэ нь гүн нэмэгдэх тусам нэмэгддэг. Тиймээс биеийн доод хэсгүүдэд үзүүлэх даралтын хүч нь дээрээс бие дээр үйлчлэх даралтын хүчнээс их байдаг.
Хэрэв бид усанд дүрсэн биед үзүүлэх бүх даралтын хүчийг бие махбодид эдгээр бүх бие даасан хүчнүүдтэй ижил нөлөө үзүүлдэг нэг хүчээр (үр дүнгийн эсвэл үр дүнгийн) орлуулах юм бол үр дүнгийн хүч дээшээ чиглэнэ. Энэ нь биеийг хөвөгч болгодог зүйл юм. Энэ хүчийг хөвөх хүч буюу Архимедийн хүч (түүний оршихуйг анх зааж, юунаас хамааралтай болохыг тогтоосон Архимедийн нэрээр нэрлэсэн) гэж нэрлэдэг. Зураг дээр бгэж тодорхойлсон Ф А.
Архимед (хөвөх) хүч нь зөвхөн усанд төдийгүй бусад шингэнд ч нөлөөлдөг, учир нь аливаа шингэнд янз бүрийн гүнд өөр өөр гидростатик даралт байдаг. Энэ хүч нь хийд мөн үйлчилдэг тул агаарын бөмбөлөг, агаарын хөлөг нисдэг.
Хөвөгч хүчний ачаар усанд (эсвэл бусад шингэнд) байрладаг аливаа биеийн жин нь агаараас бага, агаарт агааргүй орон зайгаас бага байдаг. Сургалтын пүршний динамометр ашиглан жинг эхлээд агаарт жинлээд дараа нь устай саванд буулгах замаар үүнийг хялбархан шалгаж болно.
Биеийг вакуумаас агаарт (эсвэл бусад хий) шилжүүлэх үед жин буурах нь бас тохиолддог.
Хэрэв вакуум дахь биеийн жин (жишээлбэл, агаарыг гаргаж авсан хөлөг онгоцонд) тэнцүү бол P0, дараа нь түүний агаар дахь жин нь:
,
Хаана F´A- Агаар дахь өгөгдсөн биед үйлчлэх Архимедийн хүч. Ихэнх биеийн хувьд энэ хүчийг үл тоомсорлож болно, өөрөөр хэлбэл бид үүнийг гэж үзэж болно. P агаар =P 0 =мг.
Шингэн дэх биеийн жин агаартай харьцуулахад хамаагүй бага байдаг. Хэрэв биеийн жин нь агаарт байгаа бол P агаар =P 0, тэгвэл шингэн дэх биеийн жин тэнцүү байна P шингэн = P 0 - F A. Энд Ф А- Шингэн дотор ажилладаг архимедын хүч. Үүнийг дагадаг
Тиймээс аливаа шингэн дэх биед үйлчлэх Архимедийн хүчийг олохын тулд энэ биеийг агаарт болон шингэнд жинлэх хэрэгтэй. Хүлээн авсан утгуудын хоорондох ялгаа нь Архимед (хөвөх) хүч байх болно.
Өөрөөр хэлбэл (1.32) томъёог харгалзан бид дараахь зүйлийг хэлж болно.
Шингэн дотор дүрсэн биед үйлчлэх хөвөх хүч нь энэ биеийг хөдөлгөж буй шингэний жинтэй тэнцүү байна.
Архимедийн хүчийг онолын хувьд ч тодорхойлж болно. Үүнийг хийхийн тулд шингэнд дүрсэн бие нь дүрсэн шингэнээс бүрддэг гэж үзье. Шингэн дотор дүрсэн биед үйлчлэх даралтын хүч нь түүний хийсэн бодисоос хамаардаггүй тул бид үүнийг таамаглах эрхтэй. Дараа нь ийм биед Архимедийн хүч нөлөөлсөн Ф Адоош чиглэсэн таталцлын хүчээр тэнцвэржүүлнэ мболонg(Хаана м- тухайн биеийн эзэлхүүн дэх шингэний масс):
Гэхдээ таталцал нь шилжсэн шингэний жинтэй тэнцүү юм Р. Тиймээс.
Шингэний масс нь түүний нягтын үржвэртэй тэнцүү байна гэж үзвэл ρэзлэхүүн дээр (1.33) томъёог дараах байдлаар бичиж болно.
Хаана Вболон- шилжсэн шингэний хэмжээ. Энэ эзэлхүүн нь шингэнд дүрэгдсэн биеийн хэсгийн эзэлхүүнтэй тэнцүү байна. Хэрэв бие нь шингэнд бүрэн дүрэгдсэн бол энэ нь эзэлхүүнтэй давхцдаг Вбүх бие; хэрэв бие нь шингэнд хэсэгчлэн дүрэгдсэн бол эзэлхүүн Вболоннүүлгэн шилжүүлсэн шингэн нь эзэлхүүнээс бага байна Вбиетүүд (Зураг 1.39).
Томъёо (1.33) нь хийд үйлчлэх Архимед хүчний хувьд мөн хүчинтэй. Зөвхөн энэ тохиолдолд шингэнийг биш харин хийн нягт ба нүүлгэн шилжүүлсэн хийн эзэлхүүнийг орлуулах ёстой.
Дээр дурдсан зүйлийг харгалзан Архимедийн хуулийг дараах байдлаар томъёолж болно.
Шингэн (эсвэл хий) -д дүрэгдсэн аливаа биед шингэн (эсвэл хий) -ийн нягтрал, таталцлын хурдатгал ба түүний эзэлхүүний үржвэртэй тэнцэх хөвөх хүч үйлчилдэг. шингэнд (эсвэл хий) дүрсэн биеийн хэсэг.
