Качественные задачи по физике. Тема: Архимедова сила

Задача №1 КАЧЕСТВЕННЫЕ ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ ТЕМА:  АРХИМЕДОВА СИЛА Большинство водорослей (например, спирогира, ламинария и др.) обладают тонкими, гибкими стеблями. Почему водоросли не нуждаются в прочных, твёрдых стеблях? Что произойдёт с водорослями, если выпустить воду из водоёма, в котором они находятся? Это интересно: Многие водные растения сохраняют вертикальное положение, несмотря   на   чрезвычайную   гибкость   их   стеблей,   потому,   что   на   концах   их разветвлений   заключены   крупные  пузыри  воздуха,   играющие  роль   поплавков. Водяной орех чилим. Это водное растение – чилим (водяной орех) растёт по заводям Волги, в озёрах и лиманах. Плоды его (водяные орехи) достигают в диаметре   3   см   и   имеют   форму,   похожую   на   морской   якорь   с   несколькими острыми рожками или без них. Этот «якорь» служит для того, чтобы удержать на подходящем месте молодое прорастающее растение. Когда чилим отцветает, под водой начинают образовываться тяжёлые плоды. Они могли бы потопить растение, но как раз в это время на черешках листьев образуются вздутия – своего   рода   «спасательные   пояса».   Тем   самым   увеличивается   объём подводной части растений, возрастает, следовательно, выталкивающая сила. Этим достигается   равновесие   между   весом   плодов   и   возникающей   за   счёт   вздутий выталкивающей силой. Водяной орех чилим Отто Вильгельм Томе (Otto Wilhelm Thome; 1840–1925) – немецкий ботаник и художник­иллюстратор.   Автор   сборника   ботанических   иллюстраций «Флора   Германии,   Австрии   и Швейцарии (Flora von Deutschland, Österreich und der Schweiz)», 1885 год. Задача №2 У млекопитающих, обитающих на суше, для передвижения приспособлены крепкие конечности, а вот у морских млекопитающих (китов, дельфинов) для передвижения оказываются достаточными плавники и хвост. Объясните почему. Ответ: Архимедова   сила   –   важный   природный   фактор,   определяющий   конструкцию   скелета морских млекопитающих. Поскольку на существо, живущее в воде, действует выталкивающая (архимедова сила), то вес его в жидкости меньше, чем в воздухе на значение этой силы. Таким образом, «лёгким» в воде киту, дельфину не нужны для передвижения крепкие конечности, для этой цели им достаточны плавники и хвост. Задача №3 Какую роль играет плавательный пузырь у рыб? Это интересно: Плотность живых организмов, населяющих водную среду, очень мало отличается от   плотности   воды,   поэтому   их   вес   почти   полностью   уравновешивается   архимедовой   силой. Благодаря   этому   водные   животные   не   нуждаются   в   столь   массивных   скелетах   как наземные. Интересна роль плавательного пузыря у рыб. Это единственная часть тела рыбы, обладающая заметной сжимаемостью; сжимая пузырь усилиями грудных и брюшных мышц, рыба меняет   объём   своего   тела   и   тем   самым   среднюю   плотность,   благодаря   чему   она   может   в определённых пределах регулировать глубину своего погружения. Задача №4 Как регулирует глубину своего погружения кит? Ответ: Киты регулируют глубину погружения за счёт уменьшения и увеличения объёма лёгких. Голубой кит (Balaenoptera musculus), также синий кит, или блювал Common   Rorqual   or   Blue   Whale Арчибальд Торберн, 1920 год   and   Sibbald's   Rorqual Арчибальд   Торберн (Archibald   Thorburn;   31.05.1860–09.10.1935)   –   шотландский   художник­ иллюстратор. Задача №5 Кит хоть и живёт в воде, но дышит лёгкими. Несмотря на наличие лёгких, кит не проживёт и часа, если случайно окажется на мели или суше. Почему? Для   любознательных: Наиболее   крупные   представители   отряда   китообразных   – голубые киты. Масса голубого кита достигает 130 тонн; самое большое наземное животное – слон имеет массу от 3 до 6 тонн (как язык некоторых китов ;­) При этом кит способен развивать в воде весьма   приличную   скорость   до 20 узлов.   Сила   тяжести,   действующая   на   кита   исчисляется миллионами ньютонов, но в воде его поддерживает архимедова сила и кит в воде невесом. На суше громадная  сила  тяжести  прижмёт  кита  к земле.  Скелет кита  не  приспособлен  к тому, чтобы выдержать эту тяжесть, даже дышать кит не сможет, так как для вдоха он должен расширить лёгкие, то есть приподнять мышцы, окружающие грудную клетку. Под действием столь огромной силы существенно ухудшается дыхание, пережимаются кровеносные сосуды, и кит погибает. Узел   –   единица   измерения   скорости,   равная   одной   морской   миле   в   час.   Применяется   в мореходной   и   авиационной   практике.   По   международному   определению,   один   узел равен 1,852 км/ч. Задача №6  Как регулирует глубину погружения головоногий моллюск Наутилус помпилиус(лат.  Nautilus pompilius)? Ответ: Головоногие   моллюски   из   рода   наутилусов   живут   в   раковинах, разделённых   перегородками   на   отдельные   камеры, само   животное   занимает последнюю камеру, а остальные заполнены газом. Когда наутилус хочет опуститься на   дно,   он   наполняет   раковину   водой,   она   становится   тяжёлой   и   легко погружается.   Чтобы   всплыть   на   поверхность,   наутилус   нагнетает   в   свои гидростатические   «баллоны»   газ,   он   вытесняет   воду,   и   раковина   всплывает. Жидкость и газ находятся в раковине под давлением, поэтому перламутровый домик не лопается даже на глубине в семьсот метров, куда наутилусы иногда заплывают. Стальная трубка здесь сплющилась  бы, а стекло превратилось  бы в белоснежный  порошок. Наутилусу удаётся избежать гибели только благодаря внутреннему давлению, которое поддерживается в его тканях, и сохранить невредимым свой дом, наполнив его несжимаемой жидкостью. Всё происходит, как в современной глубоководной лодке – батискафе, патент на которую природа получила еще пятьсот миллионов лет назад ;­) Наутилус   помпилиус (лат.   Nautilus   pompilius)   –   вид   головоногих   моллюсков   рода   Nautilus.   Живёт обычно   на   глубине   до   400 метров.   Обитает   у   побережья   Индонезии,   Филиппин,   Новой   Гвинеи   и Южно­Китайском   море,   Северном   побережье   Австралии,   западной Меланезии, и западной Полинезии. Наутилусы ведут придонный образ жизни, собирая Микронезии животных   и   крупные   органические   остатки   –   то   есть наутилусы   это мёртвых падальщики. морские   в   биологических   наук, Кондаков Николай Николаевич (1908–1999) – советский биолог, кандидат   Основным   вкладом   в биологическую   науку   стали   выполненные   им   рисунки   различных представителей фауны. Эти иллюстрации вошли во многие издания, такие БСЭ (Большая   Советская   Энциклопедия), Красная   книга СССР,   в атласы животных и в учебные пособия.   художник­анималист. Наутилус   помпилиус Кондаков Николай Николаевич как  Это   интересно: У каракатицы –   животного   из   класса головоногих   моллюсков (ближайшей родственницы кальмаров и осьминогов), рудиментарная внутренняя известковая раковина содержит многочисленные полости. Для регулировки плавучести каракатица выкачивает из своего скелета воду и даёт   газу   заполнить   опорожнённые   полости,   то   есть   действует по   принципу   водяных   цистерн   в подводной лодке. Основной способ движения каракатиц, осьминогов, кальмаров – реактивный. Микроскопические   радиолярии имеют   в   своей   протоплазме   капельки   масла,   при   помощи   которых регулируют   свой   вес   и   благодаря   чему   поднимаются   и   опускаются   в   море. Сифонофорами зоологи называют особую группу кишечнополостных животных. Подобно медузам, это свободно плавающие морские животные. Однако, в отличие от первых, они образуют сложные колонии с очень резко выраженным полиморфизмом. На самой вершине колонии обычно имеется содержащий газ пузырь, при помощи которого вся колония держится в толще воды и движется. Газ вырабатывается особыми железами. Этот пузырь иногда достигает в длину 30 см. Рудиментарные   органы,   рудименты (от   лат.   rudimentum   –   зачаток,   первооснова)   –   органы, утратившие   своё   основное   значение   в   процессе   эволюционного   развития   организма. Полиморфизм   –  множественность,   наличие   в   одном   и   том   же   виде   организмов   нескольких различающихся между собой форм.   Иллюстрации «Художественные формы природы (Kunstformen der Natur)», 1904 год Геккеля Эрнста из   книги         Головоногие Сифонофоры Глубоководные Gamochonia Siphonophorae радиолярии Phaeodaria Эрнст Генрих Филипп Август Геккель (Ernst   Heinrich   Philipp   August  Haeckel;   1834–1919)   – немецкий философ. «Художественные   формы   природы   (Kunstformen   der   Natur)» –   литографическая книга Эрнста Геккеля первоначально публиковалась в период с 1899 по 1904 годы в комплектах по 10 оттисков, полная версия из 100 оттисков вышла в 1904 году. естествоиспытатель и       Задача №7 Почему утки, и другие водоплавающие птицы мало погружаются в воду при плавании? Ответ: Важным   фактором   в   жизни   водоплавающих   птиц   является наличие   толстого,   не   пропускающего   воды   слоя   перьев   и   пуха,   в котором   содержится   значительное   количество   воздуха;   благодаря этому   своеобразному   воздушному   пузырю,   окружающему   всё   тело птицы,   её   средняя   плотность   оказывается   очень   малой.   Этим объясняется   тот   факт,   что   утки   и   другие   водоплавающие   мало погружаются в воду при плавании.     сторона», Георгиевич Задача №8 «Мещорская год Константин Паустовский «…На берегах этих рек в глубоких норах живут водяные крысы. Есть крысы, совершенно   седые   от   старости.   Если   тихо   следить   за   норой,   то   можно увидеть, как крыса ловит рыбу. Она выползает из норы, ныряет очень глубоко и выплывает со страшным шумом… Чтобы легче было плавать, водяные крысы отгрызают длинный стебель куги и плавают, держа его в зубах. Стебель куги полон воздушных ячеек. Он прекрасно держит на воде даже не такую тяжесть, как крыса…» Поясните меру, предпринятую водяными крысами для облегчения плавания. Озёрный камыш (куга) 1939         Ответ: Плавучесть   тела –   его   свойство   плавать   при   заданной   нагрузке,   имея   заранее установленное погружение. Запас плавучести – добавочная нагрузка, которая соответствует весу жидкости в объёме надводной части плавающего тела. Плавучесть тела определяется законом Архимеда. Закон   Архимеда формулируется   так:   на   тело,   погружённое   в   жидкость   или   газ,   действует выталкивающая   сила,   равная   весу   того   количества   жидкости   или   газа,   которое   вытеснено погружённой частью тела. На основании закона Архимеда можно сделать вывод, что для плавания тела необходимо, чтобы вес вытесняемый этим телом жидкости был равен или превышал вес самого тела. Предприимчивая водяная крыса, незнакомая с законом Архимеда, успешно использовала его в своих некорыстных, но благостных для себя целях… Куга –   народное   название   некоторых   водных   растений   семейства   осоковых,   главным образом озёрного камыша.   Стебли   озёрного   камыша,   как   и   многих   других   водных   растений, очень рыхлые, пористые – густо пронизаны сетью воздухоносных каналов и потому обладают прекрасной плавучестью.   Задача №9 «Степь. История одной поездки», 1888 год. Антон Павлович Чехов «…Егорушка тоже разделся, но не спускался вниз по бережку, а разбежался и полетел с полутора  саженной вышины. Описав в воздухе дугу, он упал в воду, глубоко погрузился, но дна не достал; какая­ то сила, холодная и приятная на ощупь, подхватила его и понесла обратно наверх». О какой силе «холодной и приятной на ощупь» идёт речь? Для любознательных: Сажень – старорусская мера длины, впервые упоминающаяся в русских  источниках в начале XI века. В XI­XVII веках встречалась сажень в 152 и в 176 см. Это была так  называемая маховая сажень, определявшаяся размахом рук человека от конца пальцев одной  руки до конца пальцев другой. Так называемая косая сажень – размером в 216 и 248 см – определялась расстоянием от пальцев  вытянутой вверх руки до ступни противоположной ноги. При Петре І русские меры длины были  уравнены с английскими. Размер сажени был определён в 7 английских футов, или 84 дюйма. Это  соответствовало 3 аршинам, или 48 вершкам, что равнялось 213,35 см. 1 сажень = 1/500 версты = 3 аршина = 12 пядей = 48 вершков = 2,1336 метра Интересно, что само слово «сажень» происходит от старославянского глагола «сягать» (широко  шагать). В Древней Руси применялась не одна, а множество разных саженей. С маховой и косой  саженью мы уже познакомились, настал черёд и некоторым другим саженям: ≈  1,83 метра 1 морская сажень  ≈  2,304 метра 1 греческая сажень  ≈ 1 кладочная сажень   1,597 метра ≈ 1 трубная сажень   1,87 метра (этой саженью мерили длину труб на соляных промыслах) ≈ 1 церковная сажень  ≈ 1 царская сажень   1,974 метра  1,864 метра Впрочем, есть ещё сажени квадратные и кубические. Количество чего­нибудь, измеряемого такой  мерой: сажень земли (сажень квадратная); сажень дров (сажень кубическая). Задача №10 «Дедушка Мазай и зайцы», 1870 год. Николай Алексеевич Некрасов         «Мимо бревно суковатое плыло,         Сидя, и стоя, и лёжа пластом,         Зайцев с десяток спасалось на нём         "Взял бы я вас – да потопите лодку!"         Жаль их, однако, да жаль и находку –          Я зацепился багром за сучок         И за собою бревно поволок…» Поясните, почему зайцы могли потопить лодку. Что понимается под водоизмещением и  грузоподъёмностью судна? Что такое ватерлиния? (конструктивная, Для   любознательных: Ватерлиния –   это   линия,   по   которой   происходит   соприкосновение спокойной   поверхности   воды   с   корпусом   корабля   или   иного   плавающего   судна.   Ватерлиния бывает   разных   видов   грузовая). Грузовая ватерлиния имеет   большое   практическое   значение.   До   того,   как   эта   отметка   стала обязательной, во флотах всего мира было потеряно много судов. Основная причина потери судов –   перегрузка,   обусловленная   стремлением   получить   дополнительную   прибыль   от   перевозки, которая усугублялась разницей в плотности воды (в зависимости от её температуры и солёности осадка судна может существенно меняться). Первый прецедент в новой истории – британский закон о грузовой марке (грузовой ватерлинии) 1890 года, по которому минимально допустимая высота надводного борта устанавливалась не судовладельцем, а государственным органом.   действующая,   расчётная,   Иллюстрации к поэме Николая Алексеевича Некрасова «Дедушка Мазай и зайцы» Алексея Никаноровича       Комарова …Вижу один островок небольшой –  Зайцы на нём собралися гурьбой… Мигом   команда   моя   разбежалась, Только на лодке две пары осталось… Комаров   Алексей   Никанорович (1879–1977)   считается   основоположником   русской анималистической   школы.   Алексей   Никанорович   Комаров   иллюстрировал   научные   и   детские книги,   создавал   рисунки   для   марок,   почтовых   открыток,   наглядных   пособий.   Несколько поколений детей выросло, учась по учебникам с его замечательными рисунками. Задача №11 Где грузоподъёмность одной и той же баржи больше – в речной или морской воде? Ответ: Плотность речной воды меньше, чем морской, так как плотность обычной воды 1000 кг/м3, а солёной 1030 кг/м3. Значит сила Архимеда в морской воде будет больше. То есть в морской воде баржа может поднять груз с большей силой тяжести и не утонуть. Значит грузоподъёмность одной и той же баржи в морской воде больше. Задача №12 Подводные лодки, плавающие в северных морях, во время пребывания на поверхности воды нередко  покрываются толстым слоем льда. Облегчается или затрудняется погружение лодки под воду при  наличии такого ледяного добавочного груза? Задача №13  Для подводных лодок устанавливается глубина, ниже которой они не должны опускаться. Чем  объясняется существование такого предела? Ответ: Чем   глубже   опустится   подводная   лодка,   тем   большее   давление   будут   испытывать   её стенки.   Так   как   существует   предел   прочности   конструкции   лодки,   то   существует   и   предел глубины её погружения. Это интересно: Какие конструктивные особенности имеют подводные лодки?     от Во   всех   военно­морских   флотах   важную   роль   играют   подводные   лодки   –   военные   корабли, способные погружаться в воду на значительную глубину (свыше 100 метров) и передвигаться там скрыто противника. Подводные лодки должны иметь возможность всплывать и погружаться в воду, а также плыть под поверхностью   воды.   Так   как   объём   лодки   остаётся   во   всех   случаях   неизменным,   то   для выполнения   этих   манёвров   на   лодке   должно   быть   устройство   для   изменения   её   веса.   Это устройство   состоит   из   ряда   балластных   отсеков   в   корпусе   лодки,   которые   при   помощи специальных устройств можно заполнять забортной водой (при этом вес лодки увеличивается и она погружается) или освобождать от воды (при этом вес лодки уменьшается и она всплывает). Заметим, что достаточно небольшого избытка или недостатка воды в балластных отсеках, чтобы лодка ушла на самое дно моря или всплыла на поверхность воды. Часто бывает, что в некотором слое под водой плотность воды быстро меняется по глубине, возрастая сверху вниз. Вблизи уровня такого слоя равновесие лодки устойчиво. Действительно, если лодка, находясь на таком уровне, по какой­либо причине погрузится немного глубже, то она попадает в область большей плотности воды.   Поддерживающая   сила   увеличивается,   и   лодка   начнёт   всплывать,   возвращаясь   к первоначальной глубине. Если же лодка по какой­либо причине поднимется вверх, то она попадёт в   область   меньшей   плотности   воды,   поддерживающая   сила   уменьшится,   и   лодка   вернётся   к первоначальному уровню. Поэтому подводники называют такие слои «жидким грунтом»:  лодка может «лежать» на нём, сохраняя равновесие неопределённо долгое  время, в то время  как в однородной среде это не удаётся и для сохранения заданной глубины лодка должна всё время изменять количество балласта, принимая или вытесняя воду из балластных отсеков, либо должна всё время двигаться, маневрируя рулями глубины.     государственного Водружение   СССР на полюсе экипажем подводной лодки «Ленинский комсомол», 1962 год Пен 1985 год Центральный военно­морской музей, Санкт­Петербург Варленович,   флага Северном Сергей               походов Для любознательных: «Ленинский комсомол», первоначально К­3 – первая советская атомная подводная лодка, проекта 627. Название «Ленинский комсомол» подводная лодка унаследовала от одноименной дизельной подводной лодки «М­106» Северного флота, погибшей в одном из боевых 1943 году. В   июле   1962   года   впервые   в   истории   Советского   Военно­Морского   Флота   она   совершила длительный поход подо льдами Северного Ледовитого океана, во время которого дважды прошла точку Северного полюса. Под командованием Льва Михайловича Жильцова17 июля 1962 года впервые   в   истории   советского   подводного   флота   всплыла   около   Северного   полюса.   Экипаж корабля   недалеко   от   полюса   во   льдах   Центральной   Арктики   водрузил   Государственный   флаг СССР. В   1991   году   выведена   из   состава   Северного   флота.   После   череды   чёрных   дней   и   ещё незавершённой   реконструкции   подводную   лодку   «Ленинский   комсомол»   было   решено переоборудовать в музей. Говорят, что на Неве уже подыскивают место для её вечной стоянки. Возможно, оно будет рядом с легендарной «Авророй»… в   Задача №14 «Человек­амфибия», 1927 год. Александр Романович Беляев «Дельфины на суше гораздо тяжелее, чем в воде. Вообще у вас тут всё тяжелее. Даже собственное тело. В воде легче живётся… …А опустишься на дно… Как будто, плаваешь в густом, голубом воздухе. Тихо. Не ощущаешь своего тела. Оно становится свободным, лёгким, покорным каждому твоему движению…» Прав ли автор романа? Ответ поясните. Александр Романович Беляев (16.03.1884–06.01.1942) – советский писатель­фантаст, один из основоположников советской научно­фантастической литературы. Среди наиболее известных его романов: «Голова профессора Доуэля», «Человек­амфибия», «Ариэль»… Задача №15 В какой воде и почему легче плавать: морской или речной? Ответ: Легче   плавать   в   морской   воде,   так   как   на   тело,   погружённое   в   морскую   воду   будет действовать   большая   выталкивающая   сила   из­за   того,   что   плотность   морской   воды   больше плотности речной воды. Задача №16 Почему в воде мы легко можем поднять на руки своего товарища или довольно тяжёлый камень? Задача №17 Кусок мрамора весит столько, сколько весит медная гиря. Какое из этих тел легче удержать в воде? Ответ: Плотность мрамора меньше плотности меди, поэтому при одинаковой массе мрамор имеет больший   объём,   значит,   на   него   будет   действовать   большая   выталкивающая   сила   и   его   легче удержать в воде, чем медную гирю. Задача №18 Ходить по берегу, усеянному морской галькой, босыми ногами больно. А в воде, погрузившись глубже  пояса, ходить по мелким камням не больно. Почему? Задача №19 Купаясь в речке с илистым дном, можно заметить, что ноги больше вязнут в иле на мелком месте, чем на  глубоком. Объясните почему. Ответ: Погружаясь   на   большую   глубину,   мы   вытесняем   больший   объём   воды.   По   закону Архимеда на нас в этом случае будет действовать большая выталкивающая сила. Задача №20 Зачем обувь водолазов снабжается тяжёлыми свинцовыми подошвами? Ответ: Чтобы увеличить вес водолаза и придать ему большую устойчивость во время работы в воде. Тяжёлые свинцовые подошвы помогают водолазу преодолевать выталкивающую силу воды. Задача №21 Почему пустая стеклянная бутыль плавает на поверхности воды, а наполненная водой тонет? Ответ: Пустая  стеклянная  бутыль  погружается   в  воду  на  такую  глубину,   при  которой  объём вытесненной   воды   по   силе   тяжести   равен   силе   тяжести   бутыли,   что   соответствует   условию плаванья   тел   на   поверхности   воды.   Если   бутыль   заполнится   водой,   то   вытесненный   объём уменьшится, и она потонет. Задача №22 Кирпич  тонет  в   воде,  а  сухое   сосновое   полено  всплывает.   Значит  ли  это,  что  на  полено  действует большая выталкивающая сила? Задача №23 «Мёртвая голова», 1928 год. Александр Романович Беляев «Морель приподнялся, но вода скоро достигла щиколоток ног и прибывала беспрерывно. Его плот  решительно не всплывал. Быть может, он зацепился за что­нибудь? Должен же подняться хоть один его край! …плот по­прежнему покоился на дне… – Но в чём же дело, чёрт возьми? – раздражённо крикнул Морель. Он взял валявшийся на берегу кусок  железного дерева, из которого был сделан плот, бросил в воду и тотчас воскликнул: – Есть ли ещё на свете такой осёл, как я? Обрубок потонул, подобно камню. Железное дерево было  слишком тяжело и не могло держаться на воде. Тяжелый урок! Опустив голову, Морель смотрел на кипевшую реку, в водах которой было погребено  столько усилий и труда». Могут ли встречаться камни, которые плавают в воде как древесина и деревья, древесина которых тонет  в воде как камень? Где можно встретить плавающие горные породы, а где тонущую древесину? Для чего  используются те и другие? Это   интересно: Когда   кипит   молоко,   поднимается   пена.   Во   время   извержения   вулканов   в кипящей лаве также образуется пена, но только каменная. Застывая, эта каменная пена образует пемзу.   Она   так   легка,   что   не   тонет   в   воде.   В   качестве   абразивного   материала пемза применяется для   шлифовки   металла   и   дерева,   полировки   каменных   изделий,   а   так   же используется   для   гигиенического   удаления   огрубевшей   кожи   стоп.   Месторождения   пемзы издревле известны на Липарских островах в Тирренском море к северу от Сицилии. Значительные месторождения   пемзы   находятся   на   Камчатке   и   в   Закавказье   (в   Армении   близ Еревана). Древесина берёзы Шмидта, темир­агача, саксаула так плотна и тяжела, что тонет в воде. Саксаул произрастает в полупустынях и пустынях Азии; он не пригоден для строительства, но это прекрасное топливо: по своей калорийности саксаул приближается к каменному углю. Герой рассказа Александра Беляева, профессор Жозеф Морель, получил научную командировку в Бразилию, и… очень может быть, что для постройки плота он использовал стволы цезальпинии железной (бразильского железного дерева), а может быть… стволы гваякового (бакаутового) дерева – древесина которых тонет в воде.   сторона», год «Мещорская Константин Паустовский «В лугах очень много озёр. Названия у них странные и разнообразные: Тишь, Бык, Хотец, Промоина,   Лангобардское. Канава, На дубы». Что такое морёный дуб и какова его плотность?   Селянское   озеро   и, лежат     Музга,   Георгиевич   Бобровка,   Старица,   наконец, морёные чёрные Хотца 1939 дне                   звания Это интересно:  В давние­давние времена на берегу озера Хотца произрастали величественные дубравы. Вода из года в год, размывала и подмывала берега озера, и могучие полные сил дубы погружались в воду (плотность древесины живого (или же свежесрубленного) дуба составляет 1020­1070 кг/м3, а плотность воды 1000 кг/м3). Дубы уходили под воду, шло время, песок и ил замывали стволы могучих дубов многометровым слоем. Если большинство деревьев в подобных условиях обречено на скоротечное и полное изничтожение, то дуб только начинает свою вторую жизнь.   Через   несколько   сотен   лет   он   достигает   восхитительной   зрелости   и удостаивается почётного морёный! Такая   стойкость,   а   также   неподражаемый   цвет   морёного   дуба   вызваны   реакциями   танина (дубильной кислоты) с водой, содержащей соли металлов (например, железа). В зависимости от количества солей металла, содержащихся в озёрной или речной воде и количества дубильных веществ,   содержащихся   в   древесине,   в   течение   длительного   времени   (от   200   до   2000   лет   и более…) происходила специфическая окраска древесины морёного дуба – в цвета от эпатажного – пепельно­серебристого   с   розовато­сизым   отливом…   до   мистического   иссиня­чёрного   с фиолетовыми прожилками. Настоящий морёный или торфяной дуб обычно находят при раскопках осушённых озёр и болот. Это очень редкая и дорогая древесина, которая по крепости иногда не уступает железу. В   исторических   описаниях   можно   встретить   наименование   морёного   дуба   как «чёрное дерево» и «железное   дерево».   Характерно,   что   на   Руси   не   существовало   понятия древесиной, «краснодеревщик» работающие   мастера, элитной – – с назывались «чернодеревщиками». Древесина высушенного, подготовленного к обработке, морёного дуба имеет достаточно большую плотность (750­850 кг/м3) по сравнению с обычным дубом (650­760 кг/м3). Дубы   Шишкин Иван Иванович, 1891 год   Старом   Петергофе в Шишкин   Иван   Иванович (25.01.1832–20.03.1898)   –   русский   живописец­пейзажист,   академик, профессор, руководитель пейзажной мастерской Императорской Академии художеств, один из членов­учредителей Товарищества передвижных художественных выставок. Задача №24 Почему пузырьки воздуха быстро всплывают в воде? Ответ: Выталкивающая сила, действующая на пузырёк воздуха, находящийся в воде, во много раз больше веса самого пузырька (газа сжатого в пузырьке). Поднимаясь кверху, пузырёк приходит в слои воды с меньшим давлением, пузырёк расширяется, поддерживающая сила увеличивается, и скорость его всплывания растёт. Задача №25 В каких газах мог бы подниматься мыльный пузырь, наполненный гелием? Задача №26 Если в открытый сосуд, наполненный углекислым газом, поместить мыльный пузырь с воздухом внутри  него, то пузырь не опускается на дно сосуда. Объясните явление. Ответ: Мыльный пузырь, наполненный воздухом, будет некоторое время плавать на невидимой поверхности углекислого газа в сосуде. Задача №27 Колбу, наполненную водородом, опрокинули горлышком вниз. Будет ли водород выходить из колбы? Задача №28 Объясните, почему объём водорода, находящегося в оболочке воздушного шара, увеличивается по мере  его подъёма. Взлёт   воздушного   шара   Монгольфье   в   Аранхуэс Ascension   de   un   globo   Montgolfier   en   Aranjuez Карнисеро Антонио, 1784 год Карнисеро   Антонио (Antonio   Carnicero;   1748–1814)   –   испанский   художник   приверженец неоклассицизма. Монгольфьер (фр.   Montgolfiere)   –   аэростат   с   оболочкой,   наполненной   горячим   воздухом.   Название получил по фамилии изобретателей братьев Монгольфье – Жозеф­Мишеля и Жак­Этьенна. Первый полёт   совершил   во   Франции   в   городе   Анноне   (Annonay)   5   июня   1783   года. 21 ноября 1783 года – знаменательная дата в истории воздухоплавания(в 2013 году ещё и круглая – 230 лет ;­) В этот день два отважных француза: Пилатр де Розье и маркиз д’Арланд впервые в истории совершили полёт на воздушном шаре братьев Монгольфье. Задача №29 В каком случае подъёмная сила у самодельного бумажного воздушного шара, заполненного горячим  воздухом, больше: когда ребята запускали его в помещении школы или на дворе школы, где было  довольно прохладно? Ответ: Подъёмная сила воздушного шара равна разности между весом воздуха в объёме шара и весом газа, заполняющего шар. Чем больше разница в плотностях воздуха и газа, заполняющего шар, тем больше подъёмная сила. Поэтому подъёмная сила шара больше на улице, где воздух менее прогрет. Задача №30 Чем объясняется наличие максимальной высоты («потолка») для воздушного шара, которую он не в  состоянии преодолеть? Ответ: Уменьшением плотности воздуха с высотой подъёма шара. Воздушный   шар   над   Веной   (вид   с   юго­запада) Wien   aus   dem   Luftballon   gesehen   von   Südwesten Якоб Альт, 1847 год Якоб   Альт (Jacob   Alt;   27.09.1798–30.09.1872)   –   австрийский   художник­пейзажист,   график   и литограф. Задача №31 В сосуде с водой плавает опрокинутая вверх дном кастрюля. Будет ли изменяться уровень воды в сосуде с изменением температуры окружающего кастрюлю воздуха? (Тепловым расширением воды, кастрюли и  сосуда пренебречь.) Ответ: Уровень   воды   в   сосуде   изменяться   не   будет.   Так   как   с   изменением   температуры окружающего кастрюлю  воздуха  вес содержимого  в сосуде  изменяться  не будет, то не будет изменяться и сила давления воды на дно сосуда. Задача №32 Почему нельзя тушить горящий керосин, заливая его водой? Как следует тушить? Ответ: Вода будет опускаться вниз и не закроет доступа воздуха (кислорода необходимого для горения) к керосину. Задача №33 В одну бутылку налито растительное масло и уксус. Как можно налить из бутылки любую из этих  жидкостей? Ответ: Масло   плавает   поверх   уксуса.   Чтобы   налить   масло,   надо   просто   наклонить   бутылку. Чтобы налить уксус, надо закрыть бутылку пробкой, перевернуть её, затем приоткрыть пробку ровно настолько, чтобы вылилось нужное количество уксуса. Задача №34 Лактометр – прибор для определения жирности молока – представляет собой запаянную стеклянную  трубку, плавающую в жидкости в вертикальном положении благодаря помещённому в её нижней части  грузу. Деления, нанесённые на трубке, показывают жирность молока. В каком молоке – цельном или  снятом (менее жирном) лактометр должен погружаться глубже? Почему? Ответ: Лактометр   глубже   погружается   в   цельном   молоке.   Плотность   более   жирного   молока меньше. Задача №35 На поверхности воды в ведре плавает пол­литра растительного масла. Как собрать большую часть масла  в бутылку, не имея никаких приспособлений и не трогая ведра? Ответ: Бутылка   наполняется   водой,   закрывается   пальцем,   переворачивается   вверх   дном   и опускается горлышком в слой масла. Если убрать палец, то вода из бутылки будет вытекать, а на её место в бутылку будет входить масло. Можно ещё опустить в вертикальном положении пустую бутылку в воду так, чтобы край горлышка был на уровне масла. Задача №36 Для очистки семян ржи от ядовитых рожков спорыньи семена погружают в двадцатипроцентный водный раствор поваренной соли. Рожки спорыньи всплывают, а рожь остаётся на дне. О чём это свидетельствует? Ответ: Плотность   ядовитых   рожков   спорыньи   меньше,   а   плотность   зерна больше плотности раствора. Задача №37 В сосуд налили крепкий раствор поваренной соли, а сверху осторожно прилили чистой воды. Если в сосуд поместить сырое куриное яйцо, оно будет держаться на границе между раствором и чистой водой. Объясните явление. Рожь посевная Ответ: Плотность   чистой   воды   меньше   средней   плотности   яйца,   поэтому   оно   в   ней   тонет. Плотность раствора поваренной соли больше плотности яйца, поэтому оно в нём всплывает. Задача №38 Возьмите блюдце и опустите его на воду ребром, оно тонет. Если блюдце аккуратно опустить на воду  дном, оно плавает на поверхности. Почему? Ответ: Фарфор   или   фаянс   обладает   большой   плотностью,   чем   вода,   поэтому   при   опускании блюдца ребром оно тонет. При опускании блюдца дном на воду оно погружается в воду на такую глубину, при которой объём вытесненной воды по силе тяжести равен силе тяжести блюдца, что соответствует условию плавания тел на поверхности воды. Задача №39 На чашках равноплечих весов стоят два одинаковых стакана, до края наполненные водой. В одном  стакане плавает деревянный брусок. В каком положении находятся весы? Ответ: В равновесии. Задача №40 К концам равноплечего рычага подвешены две одинаковые гири. Что произойдёт, если одну гирю  поместить в воду, а другую в керосин? Ответ: Равновесие нарушится. Задача №41 На коромысле равноплечих весов уравновешены латунный и стеклянный шары. Нарушится ли  равновесие, если прибор поместить в безвоздушное пространство (в углекислый газ, в воду)? Ответ: В пустоте опустится стеклянный шар, в углекислом газе и воде латунный. Задача №42 Из какого материала надо сделать гири, чтобы при точном взвешивании можно было не вводить поправку на потерю веса в воздухе? Ответ: Гири необходимо сделать из того же материала, что и взвешиваемое тело. Задача №43 Будет ли вода в сообщающихся сосудах находиться на одном уровне, если в одном из сосудов на её  поверхности плавает деревянная ложка? Ответ: Так как деревянная ложка находится на поверхности воды в равновесии, то вес её равен весу вытесняемой ей воды. Поэтому, если бы ложку заменили водой, то она заняла бы объём равный объёму погружённой части ложки, и уровень воды не изменился бы. Следовательно, вода в сообщающихся сосудах будет находиться на одном уровне. Задача №44 Ко дну сосуда с водой приморожен массивный шарик изо льда. Как изменится уровень воды в сосуде,  Когда лёд растает? Изменится ли при этом сила давления воды на дно сосуда? Ответ: Понизится; уменьшится. Плотность льда меньше плотности воды, поэтому объём шарика изо льда больше объёма воды, образовавшейся из этого шарика. Отсюда следует, что уровень воды в сосуде понизится. Задача №45 В стакане, наполненном до краёв водой, плавает кусок льда. Перельётся ли вода через край, когда лёд  растает? Что произойдёт, если в стакане находится не вода, а: 1) жидкость более плотная (например,  очень солёная вода), 2) жидкость менее плотная (например, керосин)? Ответ: По  закону  Архимеда  вес  плавающего  льда   равен  весу   вытесненной  им   воды.   Поэтому объём воды, образовавшийся при таянии льда, будет в точности равен объёму вытесненной им воды, и уровень воды в стакане не изменится. Если в стакане находится жидкость, более плотная, чем вода, то объём воды, образовавшейся после таяния льда, будет больше, чем объём жидкости, вытесненной льдом, и вода перельётся через край. Наоборот, в случае менее плотной жидкости, после того как лёд растает, уровень понизится. Задача №46 В сосуде с водой плавает кусок льда с вмёрзшим в него стальным шариком. Изменится ли уровень воды в сосуде, когда лёд растает? Сделайте детальное пояснение. Ответ: Понизится.   Кусок   льда   со   стальным   шариком   весит   больше,   чем   кусок   льда,   того   же объема, следовательно, он погружён в воду глубже, чем чистый кусок льда, и вытесняет больший объём воды, чем тот, который займёт вода, образовавшаяся при таянии льда. Когда лёд растает, уровень воды понизится. Шарик при этом упадёт на дно, но его объём останется прежним, и он непосредственно уровня воды не изменяет. Задача №47 В сосуде с водой плавает кусок льда, в котором находится пузырёк воздуха. Изменится ли уровень воды  в сосуде, когда лёд растает? Ответ: При наличии пузырька воздуха лёд весит меньше, чем сплошной кусок льда того же объёма и, следовательно, погружён в воду на меньшую глубину. Однако, поскольку весом воздуха можно пренебречь то уровень воды в сосуде не изменится. Задача №48 В сосуде с водой плавает брусок изо льда. Как изменится глубина погружения бруска в воде, если поверх воды налить керосин? Ответ: Уменьшится. С добавлением керосина поверх воды увеличивается давление на нижнюю грань бруска. Задача № 49 В сосуде с водой плавает брусок изо льда, на котором лежит деревянный шар. Плотность вещества шара  меньше плотности воды. Изменится ли уровень воды в сосуде, ели лёд растает? Ответ: Не изменится. Брусок изо льда и шар плавают в оде. Это означает, что они вытесняют столько воды, сколько весят сами. Поскольку после таяния льда вес содержимого в сосуде не изменится, поскольку не изменится и сила давления воды на дно сосуда. Это означает, что уровень воды в сосуде останется прежним. Задача №50 Плотность тела определяется взвешиванием его в воздухе и в воде. При погружении небольшого тела в  воду на его поверхности удерживаются пузырьки воздуха, из­за которых получается ошибка в  определении плотности. Больше или меньше получается при этом значение плотности? Ответ: Прилипшие   пузырьки   воздуха   незначительно   увеличивают   массу   тела,   но   существенно увеличивают его объём. Поэтому значение плотности получается меньшим. Задача №51 Объясните сущность работы отстойников воды. Почему отстаивание воды ведёт к очищению воды от  нерастворимых в ней веществ? А как быть с растворимыми примесями? Ответ: На каждую частицу в воде действует сила тяжести и архимедова сила.   Если   первая   из   них   больше   второй,   то   под   действием   их равнодействующей частица опускается на дно, то вода после отстаивания становится пригодной для питья. Задача №52 Древнегреческий учёный Аристотель для доказательства невесомости воздуха взвешивал пустой кожаный мешок и тот же мешок, наполненный воздухом. В обоих случаях показания весов были одинаковы. Почему заключение Аристотеля, что воздух не имеет веса, неверно? Ответ: Потому что вес мешка с воздухом увеличивался на столько, на сколько увеличивалась   выталкивающая   сила   воздуха,   действующая   на   раздутый   мешок.   Для   доказательства весомости   воздуха   достаточно   было   бы   откачать   воздух   из   какого­либо   сосуда   или   накачать   его   в прочный сосуд. Аристотель Рембрандт   ван   Рейн 1653 год Аристотель (384 до н.э.–322 до н.э.) – древнегреческий философ. Ученик Платона. С 343 до н. э. –   наставник Александра   Македонского.   Наиболее   влиятельный   из   диалектиков древности; основоположник   формальной   логики.   Аристотель   разработал   множество физических теорий и гипотез, основываясь на знаниях того времени. Собственно и сам термин «физика» был Аристотелем. Рембрандт   Харменс   ван   Рейн (Rembrandt   Harmenszoon   van   Rijn;   1606–1669)   –   голландский художник, рисовальщик и гравёр, великий мастер светотени, крупнейший представитель золотого века голландской живописи. введён Задача №53 В земных условиях для подготовки и испытания космонавтов в состоянии невесомости применяются  различные способы. Один из них заключается в следующем: человек в специальном скафандре  погружается в бассейн с водой, в которой он не тонет и не всплывает. При каком условии это возможно? Ответ: Это возможно при условии, что сила тяжести, действующая на человека в скафандре, будет уравновешиваться архимедовой силой. Задача №54 Какое заключение можно сделать о величине архимедовой силы, проводя соответствующие опыты на  Луне, где сила тяжести в шесть раз меньше, чем на Земле? Ответ: Такое   же,   как   и   на   Земле:   на   тело,   погружённое   в   жидкость   (или   газ),   действует выталкивающая сила (архимедова сила), равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа). Задача №55 Будет ли тонуть в воде стальной ключ в условиях невесомости, например, на борту орбитальной станции, внутри которой поддерживается нормальное атмосферное давление воздуха? Ответ: Ключ может находиться в любой точке жидкости, поскольку в условиях невесомости на ключ не действует ни сила тяжести, ни архимедова сила. Легендарный рассказ о задаче Архимеда с золотой короной Архимед (287   до   н.э.–212   до   н.э.)   –   древнегреческий   математик, физик   и   инженер   из   Сиракуз.   Сделал   множество   открытий   в геометрии.   Заложил   основы   механики,   гидростатики,   автор   ряда важных изобретений. Доменико Фетти (ок. 1589–1623) – итальянский художник эпохи барокко. Легендарный рассказ о задаче Архимеда с золотой короной передаётся в различных вариантах. Римский архитектор Витрувий, сообщая о поразивших его открытиях разных учёных, приводит следующую историю: Задумавшийся Архимед Доменико Фетти 1620 год     «Что   касается   Архимеда,   то   изо   всех   его   многочисленных   и разнообразных открытий то открытие, о котором я расскажу, представляется мне сделанным с безграничным остроумием. Во время своего царствования в Сиракузах Гиерон после благополучного окончания всех своих мероприятий дал обет пожертвовать в какой­то храм золотую корону бессмертным богам. Он условился с мастером о большой цене за работу и дал ему нужное по весу количество золота. В назначенный день мастер принёс свою работу царю, который нашёл её отлично исполненной; после взвешивания   корона золота. После этого был сделан донос, что из короны была взята часть золота и вместо него примешано такое же количество серебра. Гиерон разгневался на то, что его провели, и, не находя способа уличить это воровство, попросил Архимеда хорошенько подумать об этом. Тот погружённый в думы по этому вопросу, как­то случайно пришёл в баню и там, опустившись в ванну, заметил, что из неё вытекает такое количество воды, каков объём его тела, погружённого в ванну. Выяснив себе ценность этого факта, он, не долго думая, выскочил с радостью из ванны, побежал домой голиком и громким голосом сообщал всем, что он нашёл то, что искал. Он бежал и кричал одно и то же по­ гречески: «Эврика, нашёл!)». Затем, исходя из своего открытия, но, говорят, сделал два слитка, каждый такого же веса, какого была корона, один из золота, другой из серебра. Сделав это, он наполнил сосуд до самых краёв и соответствующей   выданному   (Нашёл,   оказалась   весу     эврика» опустил в него серебряный слиток, и… соответственное ему количество воды вытекло. Вынув слиток, он долил в сосуд такое же количество  воды…, отмеряя вливаемую воду секстарием, чтобы, как прежде, сосуд был наполнен водой до самых краёв. Так он нашёл, какой вес серебра соответствует воды. Произведя такое исследование, он таким же образом опустил золотой слиток…, и, добавив той же меркой вылившееся количество воды, нашёл на основании меньшего количества секстантов воды, насколько меньший объём занимает слиток». определённому какому объёму         Потом тем же методом был определён объём короны. Она вытеснила воды больше, чем золотой слиток, и кража была доказана.   Секстарий равная 0,547 л Секстант (sextans) – римская мера массы, равная 54,6 г (1 секстант = 2 унции; вес 1 секстанта = 0,53508 Н) (sextarius) – римская объёма, мера         А теперь, внимание, вопрос: Можно ли по методу Архимеда вычислить количество золота, подменённое в короне серебром? Ответ: По   тем   данным,   которыми   располагал   Архимед,   он   вправе   был   утверждать   лишь,   что корона – не чисто золотая. Но установить в точности, сколько именно золота утаено мастером и заменено серебром, Архимед не мог. Это было бы возможно, если бы объём сплава из золота и серебра   строго   равнялся   сумме   объёмов   составных   его   частей.   В   действительности   только немногие сплавы отличаются таким свойством. Что касается объёма сплава золота с серебром, то он меньше суммы объёмов входящих в него металлов. Иными словами, плотность такого сплава больше  плотности,   получаемой   в  результате  расчёта  по  правилам   простого  смешения.   Другое дело, если бы золото было заменено не серебром, а медью: объём сплава золота с медью в точности равен сумме объёмов его составных частей. В этом случае способ Архимеда, описанный в выше изложенной истории, даёт безошибочный результат. Довольно   часто   эту   историю   связывают   с   открытием   закона   Архимеда,   хотя   она   касается способа определения   объёма   тел   неправильной   формы и   методики определения   удельного   веса тел путём измерения их объёма погружением в жидкость.