Плавание тел

Чем полезно знать плотность тела?

Знание плотности тела может предоставить важную информацию о состоянии вашего организма и общем здоровье. Вот несколько причин, почему полезно знать свою плотность тела:

Оценка компонентов тела: Измерение плотности тела может помочь определить, сколько процентов вашего тела составляют мышцы, жиры и другие компоненты. Это может быть полезно для контроля или изменения своего физического состояния.

Оценка общего здоровья: Знание плотности тела может предоставить информацию о вашем общем здоровье и физической форме. Например, высокий уровень жировой массы может указывать на риск развития сердечно-сосудистых заболеваний или других здоровотводных проблем.

Контроль веса: Измерение плотности тела может помочь вам в контроле и снижении веса. Зная свою плотность тела, вы можете установить реалистическую цель по снижению веса и отслеживать свой прогресс на протяжении времени.

Фитнес и тренировки: Знание плотности тела может помочь вам определить оптимальные тренировочные программы и цели. Например, если вы хотите увеличить мышечную массу, измерение плотности тела может помочь вам отследить изменения и прогресс в этом отношении.

Управление здоровьем: Знание плотности тела может помочь вам принять меры для улучшения своего здоровья, например, посредством контроля уровня жировой массы и снижения риска развития многих хронических заболеваний.

Зная плотность тела, вы можете принимать более осознанные решения о своем образе жизни и здоровье

Обратите внимание, что для получения точных результатов, особенно при работе дома, самым точным измерением плотности тела является гидростатическое взвешивание, но и другие методы могут быть полезны для получения общей картины

02-д. Средняя плотность и плавание тел

§ 02-д. Средняя плотность и плавание тел

До сих пор мы рассматривали тела, состоящие только из одного вещества. Теперь проведём опыт, в котором есть тело, состоящее из нескольких веществ. Нам понадобятся сосуды со спиртом, водой и раствором соли; возьмём также куриное яйцо и кубик льда. Опустим их сначала в спирт. И лёд, и яйцо утонут. Переложим тела в воду. Яйцо утонет, а лёд будет плавать. В растворе соли оба тела будут плавать:

Для объяснения результатов опыта воспользуемся числовой прямой. Взгляните: на ней отмечены плотности всех веществ и тел, использованных в опыте. Мы видим, что плотность льда больше плотности спирта, и в нём лёд тонет. Однако плотность льда меньше плотности воды и раствора соли, и в них лёд плавает.

На прямой мы отметили и плотность яйца – около 1050 кг/м³. Это средняя плотность яйца, поскольку оно состоит из нескольких веществ (белка, желтка и скорлупы). Средняя плотность яйца больше плотности воды, но меньше плотности раствора соли. Поэтому в воде яйцо тонет, а в растворе соли – нет.

По результатам опыта мы сформулируем обобщение: если средняя плотность тела больше плотности жидкости, то это тело в ней тонет; если средняя плотность тела меньше плотности жидкости, то это тело в ней всплывает.

Средняя плотность тела вычисляется по той же формуле, что и плотность вещества (см. § 2-в). Но, в отличие от плотности вещества, числовое значение средней плотности тела не показывает массу единицы объёма тела. Например, средняя плотность яйца 1050 кг/м³ или в более удобных единицах – 1,05 г/см³. Однако из этого совсем не следует, что масса каждого 1 см³ яйца будет именно 1,05 г. Это – усреднённое значение.

Красивое явление – айсберг, плавающий в океане. Однако знаете ли вы, что нашему взору предстаёт лишь 1 / ₁₀ часть всего айсберга, а 9 / ₁₀ скрыто водой? Но если в воде будет плавать бревно, то оно погрузится примерно до половины (см. рисунок). Почему же вода скрывает от нас только половину бревна, а айсберг – почти целиком?

Вспомним, что плотность льда составляет 900 кг/м³, а плотность древесины – около 500 кг/м³ в зависимости от её породы и влажности. Представим эти числа графически – в виде так называемой столбчатой диаграммы (см. ниже).

Видим: длина столбика «древесина» составляет половину ( 1 / ₂ часть) от длины столбика «вода». При этом длина столбика «лёд» составляет 9 / ₁₀ от длины столбика «вода». Иначе говоря, средняя плотность древесины составляет 1 / ₂ , а льда – 9 / ₁₀ от плотности воды. Именно поэтому в водe погружена половина бревна, а айсберг – почти весь.

Из этих рассуждений можно сформулировать обобщение: внутри жидкости находится такая доля плавающего тела, какую составляет его средняя плотность от плотности жидкости.

Эта закономерность применяется в технике, например для измерения плотности жидкости ареометром. Его рисунок вы видите на странице, открывающей тему. Ареометр – это стеклянный поплавок со шкалой вверху и свинцовой дробью внизу. От объёма корпуса и массы дроби зависит средняя плотность ареометра. В зависимости от плотности окружающей жидкости меняется погружённая доля ареометра. Плотность жидкости мы определяем по её уровню на шкале.

Методы с использованием обычной кухонной весовой чашки

Один из самых простых и доступных методов измерения плотности вещества, погруженного в воду, заключается в использовании обычной кухонной весовой чашки. Для проведения данного эксперимента потребуется следующее оборудование:

• кухонная весовая чашка;
• мерный цилиндр;
• вода.

Шаги эксперимента:

1. С помощью кухонной весовой чашки измерьте массу пустой чашки и запишите полученное значение.
2. Наполните мерный цилиндр водой.
3. Погрузите вещество, плотность которого вы хотите измерить, в воду.
4. Запишите новое значение массы весовой чашки вместе с погруженным веществом.

Плотность вещества можно вычислить по формуле:

где масса — разность между массой погруженного вещества и массой пустой весовой чашки, а объем — объем воды, смещенной в мерном цилиндре в результате погружения вещества.

Используя полученное значение плотности, вы можете сравнить его с плотностью других известных веществ и определить, к какому классу оно относится (например, металлы, пластмассы, дерево и т. д.).

Действие жидкости и газа на погружённое в них тело

Если погрузить в сосуд с водой кусочек пробки, то стоит только отнять руку, как вода вытолкнет пробку на поверхность. Но так происходит не со всеми телами. Не зря существуют выражения: «плавает как пробка» и «камнем на дно». Из нашего жизненного опыта мы знаем, что в воде тяжёлый камень поднять гораздо легче, чем в воздухе. Это может означать, что жидкость выталкивает не только лёгкие, но и тяжёлые предметы.

ВЫТАЛКИВАЮЩАЯ СИЛА

Проверим при помощи опыта гипотезу о том, что вода выталкивает предметы. Привяжем к камню топкую резинку и измерим её длину. Затем опустим камень, подвешенный на резинке, в сосуд с водой и измерим длину резинки в этом положении. Она стала короче. Такой же эффект мы могли бы получить, если бы действовали на камень снизу вверх с некоторой силой, например приподняли рукой. Наша гипотеза подтвердилась на опыте.

Силу, выталкивающую тело из жидкости или газа, называют выталкивающей или архимедовой силой по имени древнегреческого ученого Архимеда, который впервые открыл и обосновал её существование.

Легко догадаться, что эта сила направлена вертикально вверх. Привяжем короткой ниткой к пробке такой груз, чтобы она погрузилась в воду. Отвесно натянутая нить показывает, что выталкивающая сила, которая действует на пробку, направлена вертикально вверх.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫТАЛКИВАЮЩЕЙ СИЛЫ

Рассчитаем выталкивающую силу, действующую на погружённое в жидкость тело высотой h и площадью поперечного сечения S. Плотность жидкости, в которой находится тело, равна р_ж. Силы, действующие на боковые грани тела, попарно равны на одном и том же уровне жидкости. Они уравновешивают друг друга и только сжимают тело.

На верхнюю поверхность цилиндра оказывает давление столб воды высотой h₁, следовательно, это давление равно p₁ = p_жgh₁

Тогда силу, с которой вода оказывает давление на верхнюю поверхность цилиндра, определяют по формуле F₁ = p_жgh₁S

Давление, оказываемое на нижнюю поверхность цилиндра, равно давлению столба жидкости высотой h₂: p₂ = p_жgh₂

Силу, с которой жидкость оказывает давление па нижнюю поверхность цилиндра, определяют по формуле: F₂ = p_жgh₂S

Тело выталкивается из жидкости силой F_выт, равной разности сил F₂ – F₁:

Обозначим массу жидкости, которая занимает объём, равный объёму тела, через m_ж. Так как m_ж = р_жV, получим F_выт = m_жh = P_ж

где Р_ж — вес жидкости, занимающей объем, равный объёму тела.

Итак, на тело, полностью погружённое в жидкость, действует вертикально вверх выталкивающая сила, равная по модулю весу жидкости, вытесненной телом.

ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ АРХИМЕДОВА СИЛА

Формула (1) показывает, что выталкивающая сила прямо пропорциональна объёму тела и плотности жидкости.

Если погрузить в жидкость тела из одного и того же вещества, но разного объёма, то по изменениям показаний динамометра можно сделать вывод, что выталкивающая сила тем больше, чем больше объём тела, погруженного в жидкость.

Если же погрузить одинаковые тела в разные жидкости, отличающиеся по плотности (например, воду и керосин), то по изменениям показаний динамометра можно сделать вывод, что выталкивающая сила зависит от плотности жидкости: чем больше плотность, тем больше выталкивающая сила.

ОТ ЧЕГО НЕ ЗАВИСИТ АРХИМЕДОВА СИЛА

Из формулы (1) следует, что архимедова сила не зависит ни от вещества, из которого сделано тело, ни от глубины погружения. Так, при погружении в жидкость тел, сделанных из разных материалов (например, медь и железо), но одинакового объёма, показания динамометров изменяются на одно и то же значение, хотя в воздухе эти тела имеют разный вес, т. е. выталкивающая сила не зависит от вещества, из которого сделано тело.

Если изменять глубину погружения тела, подвешенного к динамометру, в жидкости, то показания динамометра не изменятся, т. е. выталкивающая сила не зови сит от глубины погружения тела.

Вы смотрели Конспект по физике для 7 класса «Действие жидкости и газа на погружённое в них тело»: Что такое выталкивающая сила. Как определить выталкивающую силу.

Вернуться к Списку конспектов по физике (В оглавление).

Пройти онлайн-тест «»

Воздушный шар как транспортное средство

Воздушный шар — это довольно простой летательный аппарат, который используется для перемещения из одного места в другое. Знание и применение законов физики позволяет путешествовать в корзине, прикрепленной к шару, и наслаждаться прекрасными пейзажами. Согласись, подобные впечатления действительно можно получить только из корзины воздушного шара, ведь самолеты летают гораздо быстрее и выше. Да и вид, открывающийся из иллюминатора воздушного лайнера, несколько иной: пейзажами можно любоваться только на взлете и при посадке.

Купол воздушного шара наполняется воздухом, нагреваемым при помощи горелки. А так как горячий воздух легче холодного, то шар, наполненный таким воздухом, взлетает

Способы измерения плотности тела

1. Гидростатическое взвешивание

Гидростатическое взвешивание основано на принципе Архимеда: плотность тела можно определить, измерив объем тела, вытесненный им объем воды. Для проведения этого измерения пациент помещается в специальный бак с водой, где производится измерение веса погруженного тела. Данные, полученные в результате гидростатического взвешивания, позволяют определить плотность тела и, как следствие, состав тела, включая процент жира и мышечной массы.

2. Плетизмография

Плетизмография — это метод измерения плотности тела, основанный на принципе воздушного смещения. Пациент помещается в специальную камеру, где изменяются параметры давления и объема воздуха. Путем сравнения параметров до и после осуществляется расчет плотности тела. Плетизмография является неинвазивным методом, при котором нет необходимости погружения тела в воду, что делает его довольно удобным для проведения исследований.

Обрати внимание: Гидростатическое взвешивание и плетизмография являются методами прямого измерения плотности тела. Они точны и точные результаты идеально соответствуют составу тела

Однако, эти методы требуют специального оборудования и экспертизы для их проведения.

Двухкомпонентная модель оценки состава тела

Важно помнить, что каждый из методов имеет свои преимущества и ограничения, поэтому выбор способа измерения плотности тела зависит от конкретных требований и возможностей исследования

Плотность контролирующих факторов

При определении плотности погруженного в воду тела необходимо учитывать несколько контролирующих факторов. Основные из них включают:

1. Масса тела: чем больше масса тела, тем больше погружающая сила, и следовательно, меньше плотность. Таким образом, тяжелые предметы имеют меньшую плотность, чем легкие.

2. Объем тела: чем больше объем тела, тем меньше погружающая сила и больше плотность. Таким образом, большие предметы имеют большую плотность, чем маленькие.

3. Плотность вещества тела: плотность самого тела также влияет на его погружение. Если плотность тела больше плотности воды, то оно не погрузится и будет плавать на поверхности. Если плотность тела меньше плотности воды, то оно погрузится.

4. Глубина погружения: глубина, на которую тело погружается в воду, также влияет на его плотность. Чем глубже тело погружено, тем больше погружающая сила и меньше плотность.

Учитывая все эти факторы, мы можем рассчитать плотность погруженного в воду тела с помощью соответствующей формулы и провести необходимые расчеты.

Задача

Представим, что объем погруженной в воду части айсберга составляет $100 м^3$. Плотность льда равна $900 \frac $, плотность соленой воды равна $1030 \frac $. Необходимо найти весь объем айсберга и его массу.

Дано:$V_1 = 100 м^3$$\rho_л = 900 \frac $$\rho_в = 1030 \frac $

Отметим на рисунке силы, действующие на айсберг: $F_A$ и $F_т$.

Сила $F_A$ приложена к центру погруженной в воду части айсберга и направлена вверх.Сила $F_т$ приложена к центру тела айсберга и направлена вниз.

Так как айсберг плавает (не тонет и не всплывает до конца), он находится в состоянии равновесия:$F_A = F_т$$F_A = \rho_ gV_1$$F_т = mg$$\rho_ gV_1 = mg$

Отсюда найдем массу айсберга:$m = \rho_ V_1 = 1030 \frac \cdot 100 м^3 = 103 000 кг = 103 т$

Значение плотности тела в спорте

В спорте плотность тела имеет важное значение, так как она может влиять на производительность и результаты спортсмена. Например, в плавании плотность тела играет роль определения положения спортсмена в воде и влияет на его сопротивление воде

Спортсмены с меньшей плотностью тела имеют преимущество перед теми, у кого она выше, так как они могут плавать быстрее и легче преодолевать сопротивление воды.

Кроме того, плотность тела может использоваться для контроля веса спортсменов и определения их состояния физической формы. Например, в боксе и других весовых категориях спортсмены должны соответствовать допустимому весу для своей категории. Измерение плотности и массы тела позволяет определить, находится ли спортсмен в требуемом диапазоне веса или нужно принимать меры для изменения массы тела.

Плотность тела также может быть основой для расчета других физиологических показателей, таких как объем мышц, процент жира в организме и общая физическая форма спортсмена. Она может служить основой для определения индивидуальных тренировочных программ и диетических рекомендаций, направленных на улучшение результатов и достижение оптимального состояния спортсмена.

Мне нравитсяНе нравится

Задание

Французский ученый Декарт (1596−1650) для демонстрации некоторых гидростатических явлений придумал прибор (рисунок 13). Высокий стеклянный сосуд (банку) наполняли водой, оставляя сверху сосуда небольшой объем воздуха. В этот сосуд опускали небольшую полую стеклянную фигурку. Фигурку заполняли частично водой и частично воздухом так, чтобы она только немного выходила из воды. Сверху стеклянный сосуд плотно закрывали куском тонкой кожи. Нажимая на кожу, можно было заставить фигурку плавать в воде и на воде, а также тонуть.

Рисунок 13. «Картезианский водолаз»

Изготовьте такой прибор («картезианский водолаз») и проделайте с ним опыты. Фигурку замените небольшим поплавком (пипеткой), а сосуд закройте резиновой пленкой (рисунок 14). Объясните действие прибора. Продемонстрируйте на этом приборе законы плавания тел.

Рисунок 14. Упрощенная модель «картезианского водолаза»

Посмотреть ответ

Скрыть

Ответ:

Изначально поплавок (пипетка) находится на поверхности жидкости (плавает). Когда мы нажимаем на резиновую пленку, это давление по закону Паскаля передается воздуху и воде внутри сосуда и пипетки. Воздух в пипетке сжимается, и она наполняется водой. Суммарная плотность пипетки в этот момент увеличивается. Увеличивается и сила тяжести, действующая на нее. Когда сила тяжести становится больше архимедовой силы, пипетка начинает тонуть.

Когда мы перестаем давить на резиновую пленку, сжатый воздух внутри нее снова расширится. Объем воды в пипетке уменьшится — уменьшится и сила тяжести. Теперь сила Архимеда больше силы тяжести, действующей на пипетку, — она снова всплывет на поверхность жидкости.

Гидростатическое взвешивание

Гидростатическое взвешивание — это метод измерения плотности жидкости или твёрдого тела, основанный на законе Архимеда. Плотность твёрдых тел определяют методом двойного взвешивания тела: сначала в воздухе, а потом в жидкости, плотность которой известна. Если определяют плотность жидкости, то в ней взвешивают тело известной массы и объёма.

Если исследуемое сплошное твёрдое тело тонет в воде, то для выполнения задания нужен лишь лабораторный динамометр (или равноплечие весы) и сосуд с водой.

Сначала определяют вес Р исследуемого тела в воздухе:

Потом твёрдое тело погружают в сосуд с жидкостью, плотность которой

Из этой формулы можно определить плотность жидкости, если она неизвестна, а объём тела известен:

Объём жидкости, вытесненной телом, равен объёму тела, но

поскольку

для архимедовой силы, получим

Купаясь в реке с илистым дном, можно заметить, что ноги больше вязнут на мелких местах, чем на глубоких. Объясните, почему.

Ответ: так как на глубоких местах действует большая выталкивающая сила.

Определите, какая архимедова сила действует на тело объёмом

5 м 3 , погружённое полностью в воду?

По формуле

Ответ: = 49,05 кН.

Нужно ли учитывать загрузку судна при переходе его из моря в реку? Догружать или разгружать нужно судно, чтобы его осадка была не глубже ватерлинии?

Ответ: при переходе судна из моря в реку нужно учитывать загрузку судна, так как плотность воды уменьшается. Судно нужно разгружать.

Теоретические сведения

Гидростатическое взвешивание издавна применяется для определения плотности различных веществ. Для этого используют закон Архимеда. Плотность твердых тел определяют двойным взвешиванием: сначала тело взвешивают в воздухе (при этом в большинстве случаев выталкивающей силой воздуха пренебрегают), а потом — в жидкости, плотность которой известна (например, в воде). Рассмотрим методы определения плотности.

1. Если исследуемое тело тонет в воде (его плотность рт превышает плотность воды рв), то в таком случае используют динамометр и стакан с водой.

Сначала исследуемое тело взвешивают в воздухе (рис. 120, а):

В этом случае архимедовой силой, действующей на тело в воздухе, можно пренебречь, так как плотность воздуха намного меньше плотности тела и воды.

Потом тело опускают в стакан с водой (рис. 120, б), плотность воды известна

2. Для измерения плотности неизвестной жидкости можно воспользоваться также телом, которое не тонет в воде и исследуемой жидкости, например карандашом или другим телом правильной формы. Чтобы карандаш в жидкости занимал вертикальное положение, к его нижнему концу можно приколоть несколько кнопок или намотать несколько витков проволоки.

Если карандаш плавает в воде (рис. 121, а), то сила тяжести

где

Если тело опустить в неизвестную жидкость (рис. 121, б), плотность которой

3. Плотность неизвестной жидкости можно определить с помощью резиновой нити, тела, которое тонет в воде и неизвестной жидкости, и линейки. Последовательность действий при этом показана на рисунке 122.

Длина резиновой нити (или пружины) без нагрузки

Теперь, если тело опустить в воду (рис. 122, в), то на него будет действовать еще сила Архимеда:

Опустим тело в жидкость, плотность которой нужно определить (рис. 122, г).

4. Для определения плотности твердого тела или неизвестной жидкости можно использовать рычаг. Для этого нужно иметь две гирьки, плотность одной из них массой

Для определения плотности тела используем формулу

Для определения плотности неизвестной жидкости можно использовать формулу

Рекомендую подробно изучить предметы:

Физика Атомная физика Ядерная физика Квантовая физика Молекулярная физика

Ещё лекции с примерами решения и объяснением:

• Воздухоплавание в физике
• Машины и механизмы в физике
• Коэффициент полезного действия (КПД) механизмов
• Тепловые явления в физике
• Барометры в физике
• Жидкостные насосы в физике
• Выталкивающая сила в физике
• Условия плавания тел в физике

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Как измерить плотность вещества?

Для начала вам понадобятся следующие инструменты:

1.	Градуированная пробирка
2.	Весы с точностью до 0.01 грамма
3.	Вода
4.	Образец вещества для измерения

Далее следуйте этим шагам для измерения плотности вещества:

Шаг 1: Заполните пробирку водой до определенного метки. Запишите объем воды.

Шаг 2: Взвесьте образец вещества на весах и запишите его массу.

Шаг 3: Осторожно поместите образец в пробирку с водой, так чтобы он полностью погрузился в воду. Будьте аккуратны, чтобы не внести воздушные пузыри

Шаг 4: Запишите новый объем воды в пробирке после погружения образца вещества.

Шаг 5: Вычислите разницу между первоначальным объемом воды и объемом воды после погружения образца. Полученную разницу объемов назовем V_обр.

Шаг 6: Посчитайте плотность вещества, используя следующую формулу:

Плотность = (масса вещества) / V_обр

Теперь, вы знаете, как измерить плотность вещества, используя метод погружения в воду. Будьте внимательны при выполнении экспериментов и точно выполняйте все измерения, чтобы получить достоверные результаты.

Откуда берется масса

Физики убеждены, что у элементарных частиц должна быть масса. Доказано, что у электрона, например, масса есть. В противном случае они не могли бы образовать атомы и всю видимую материю.

Вселенная без массы представляла бы собой хаос из различных излучений, двигающихся со скоростью света. Не существовало бы ни галактик, ни звезд, ни планет. Здорово, что это не так, и у элементарных частиц есть масса. Только вот пока непонятно, откуда эта масса у них берется.

Мужчину на этой фотографии зовут Питер Хиггс. Ему мы обязаны за предположение, экспериментально доказанное в 2012 году, что массу всех частиц создает некий бозон.

Бозон Хиггса невозможно представить. Это точно не частица в форме шарика, как обычно рисуют электрон в учебнике. Представьте, что вы бежите по песку. Бежать ощутимо сложно, как будто бы увеличилась масса. Частицы пробираются в поле Хиггса и получают таким образом массу.

Задача

Представим, что объем погруженной в воду части айсберга составляет $100 м^3$. Плотность льда равна $900 \frac$, плотность соленой воды равна $1030 \frac$. Необходимо найти весь объем айсберга и его массу.

Дано:$V_1 = 100 м^3$$\rho_л = 900 \frac$$\rho_в = 1030 \frac$

Отметим на рисунке силы, действующие на айсберг: $F_A$ и $F_т$.

Сила $F_A$ приложена к центру погруженной в воду части айсберга и направлена вверх.Сила $F_т$ приложена к центру тела айсберга и направлена вниз.

Так как айсберг плавает (не тонет и не всплывает до конца), он находится в состоянии равновесия:$F_A = F_т$$F_A = \rho_gV_1$$F_т = mg$$\rho_gV_1 = mg$

Отсюда найдем массу айсберга:$m = \rho_V_1 = 1030 \frac \cdot 100 м^3 = 103 000 кг = 103 т$

Польза определения плотности тела

Медицина Определение плотности тела является важным параметром при проведении медицинских исследований и диагностики. Оно помогает определить состояние и изменения в организме пациента. Медикам приходится знать плотность тела для выявления нарушений внутренних органов, оценки нормального развития и роста, а также при назначении лечения и контроля за его эффективностью.	Археология Определение плотности тела может быть полезно в археологии для исследования старинных предметов и материалов. Плотность позволяет узнать характеристики и состав объектов, что в свою очередь дает возможность определить их возраст, происхождение и историю использования.
Материаловедение В области материаловедения знание плотности тела позволяет определить физические свойства различных материалов. Это может быть полезно при выборе материала для конкретного применения, а также при контроле качества и технологических процессов производства.	Гидродинамика Определение плотности тела в гидродинамике помогает изучать и предсказывать движение жидкостей и газов. Это важная информация при проектировании кораблей, самолетов, автомобилей и других транспортных средств, а также при анализе и оптимизации процессов смешивания, насосных систем и оборудования в водоочистке и других отраслях промышленности.

Таким образом, понимание и измерение плотности тела является важным инструментом, который позволяет получать ценные и полезные данные в различных областях научных исследований и практической деятельности.

Пример расчета плотности материала

Для расчета плотности материала, погруженного в воду, используется простая формула:

Плотность = Масса / Объем

Допустим, у нас есть образец материала массой 200 грамм. Для вычисления его плотности, нужно знать объем образца. Для этого мы будем использовать архимедову силу.

Архимедова сила равна весу вытесненной воды и вычисляется по формуле:

Архимедова сила = Плотность воды * Гравитационная постоянная * Объем образца

Из этой формулы можно найти объем образца:

Объем образца = Архимедова сила / (Плотность воды * Гравитационная постоянная)

Плотность воды при нормальных условиях составляет около 1000 кг/м³, а гравитационная постоянная равна 9,8 Н/кг.

Подставив известные значения в формулу, можно найти объем образца. Затем, подставив найденное значение объема и известную массу образца в формулу для плотности, получим искомое значение плотности материала.

В данном примере показано, как можно применить эти формулы для расчета плотности материала, погруженного в воду. Этот метод может быть полезен в различных научных и инженерных исследованиях, а также в производстве и контроле качества материалов.

1. Правильность определения плотности материала:

При проведении эксперимента по определению плотности материала погруженного в воду, необходимо обратить особое внимание на правильность измерений. Значения массы и объема должны быть точными и не содержать ошибок

Формулу для расчета плотности материала следует применять только когда результаты измерений соответствуют высокому уровню точности и нет причин для сомнений.

2. Использование подходящих инструментов:

Для измерения массы материала можно использовать весы с высокой точностью, такие как аналитические весы. Объем материала можно определить с помощью цилиндрического сосуда или градуированной пробирки, используя принцип плавучести.

3. Особые условия равновесия:

Для достижения равновесия тела в воде, материал должен быть погружен полностью и свободно плавать на поверхности. Погружение можно обеспечить, прикрепив к материалу плавающую поддержку, например, нить.

4. Предварительные измерения для контроля:

Предварительные измерения, такие как измерение массы материала в воздухе и в воде, позволяют контролировать правильность проведения эксперимента. Разница масс между этими измерениями должна соответствовать ожидаемой разнице, указывающей на присутствие погруженного материала в воде.

5. Тщательный анализ результатов:

После определения плотности материала, результаты эксперимента следует тщательно проанализировать, чтобы убедиться в их правильности и соответствии принятому стандарту. Если результаты существенно отличаются от ожидаемых, рекомендуется повторить эксперимент или провести более детальное исследование возможных причин отклонений.

Важно помнить, что определение плотности материала является важным элементом в различных областях науки и техники, и требует точности и аккуратности при проведении эксперимента

Задачи на силу Архимеда с решениями

Формулы, используемые на уроках «Задачи на силу Архимеда», «Сообщающиеся сосуды».

Задача № 1.
Тело объемом 2 м3 погружено в воду. Найдите архимедову силу, действующую на тело.

Задача № 2.
Определить выталкивающую силу, действующую на деревянный плот объемом 12 м3, погруженный в воду на половину своего объема.

Задача № 3.
 Каков объем железобетонной плиты, если в воде на нее действует выталкивающая сила 8000 Н?

Задача № 4.
 Какую силу надо приложить, чтобы удержать под водой бетонную плиту, масса которой 720 кг?

Задача № 5.
 Какую высоту должен иметь столб нефти, чтобы уравновесить в сообщающихся сосудах столб ртути высотой 16 см?

Задача № 6.
Вес тела в воздухе равен 26 кН, а в воде — 16 кН. Каков объем тела?

Задача № 7.
Какую силу нужно приложить, чтобы удержать в воде кусок гранита объемом 40 дм3?

Задача № 8.
Определите объем куска меди, который при погружении в керосин выталкивается силой 160 Н.

Задача № 9 (повышенной сложности).
 Медный шар в воздухе весит 1,96 Н, а в воде 1,47 Н. Сплошной этот шар или полый?

Задача № 10 (повышенной сложности).
 Рассчитайте, какой груз сможет поднять шар объемом 1 м3, наполненный водородом. Какой примерно объем должен иметь шар с водородом, чтобы поднять человека массой 70 кг? (Вес оболочки не учитывать.)

Задача № 11.
  Деревянный цилиндр плавает на поверхности воды так, что он погружен в воду на 90%. Какая часть цилиндра будет погружена в воду, если поверх воды налить слой масла, полностью закрывающий цилиндр? Плотность масла 800 кг/м3.

Дано: V – объем цилиндра (V = Sh);  h – высота цилиндра;  S – площадь основания цилиндра;  V₁ – объем цилиндра, погруженного в масло (V₁ = V – V₂ = Sh₁);  h₁ – высота части цилиндра, погруженной в масло;  V₂ – объем цилиндра, погруженного в воду после добавления масла;  р_в – плотность воды (1000 кг/м3);  р_м – плотность масла (800 кг/м3)

Найти:  (h – h₁) / h — ?

Решение.  F – сила, выталкивающая цилиндр из воды до добавления масла  F = 0,9p_вgVF₁ – сила, выталкивающая цилиндр из масла   F₁ = p_мgV₁F₂ – сила, выталкивающая цилиндр из воды после добавления масла  F₂ = p_вgV₂Баланс сил: F – F₁ = F₂0,9p_вgV – p_мgV₁ = p_вgV₂       V₁ = V – V₂   ⇒    0,9p_вV – p_м(V – V₂) = p_вV₂

V(0,9p_в – p_м) = V₂(p_в – p_м)         V = Sh;  V₁ = Sh₁    ⇒

Ответ: 1/2 часть цилиндра будет погружена в воду (50%).

Задача № 12.
 Плоская льдина плавает в воде, выступая над уровнем воды на 3 см. Человек массой 70 кг зашел на льдину. В результате, высота выступающей части над льдиной уменьшилась в 3 раза. Найти площадь льдины.

Ответ: 3,5 м3.

Давление жидкости на покоящееся в ней тело называют гидростатическим давлением. Гидростатическое давление на глубине h равно р = р_атм  + p*g*h

Закон Паскаля. Жидкость и газ передают оказываемое на них давление во всех направлениях одинаково.

Конспект урока «Задачи на силу Архимеда с решениями».

Следующая тема: «Задачи на механическую работу».

Итоговый результат

Таким образом, мы использовали формулу для нахождения плотности тела, погруженного в воду. Для этого мы измерили массу тела с помощью весов и объем тела с помощью градуированной колбы. Затем, зная плотность воды, мы использовали формулу плотности, чтобы найти плотность тела.

Найденная плотность тела может быть важной информацией для различных научных и инженерных расчетов. Она может помочь нам понять, какие материалы были использованы в создании тела, а также оценить его прочность и устойчивость

Используя эту формулу, мы можем провести много интересных экспериментов и исследований, чтобы узнать больше о мириадах материалов, которые нас окружают. Удачи в ваших научных исследованиях!