Закрытый сосуд с жидкостью поместить в воду
Гениальный учёный Архимед, живший в древнегреческих Сиракузах в III веке до нашей эры, прославился среди современников как создатель оборонительных машин, способных перевернуть боевой корабль. Другое его изобретение, «Архимедов винт», по сей день остаётся важнейшей деталью гигантских буровых установок и кухонных мясорубок. Мир обязан Архимеду революционными открытиями в области оптики, математики и механики.
Его личность окутана легендами, порой весьма забавными. С одной из них мы и начнём нашу статью.
«Эврика!» Открытие закона Архимеда
Однажды царь Сиракуз Гиерон II обратился к Архимеду с просьбой установить, действительно ли его корона выполнена из чистого золота, как утверждал ювелир. Правитель подозревал, что мастер прикарманил часть драгоценного металла и частично заменил его серебром.
В те времена не существовало способов определить химический состав металлического сплава. Задача поставила учёного в тупик. Размышляя над ней, он отправился в баню и лёг в ванну, до краёв наполненную водой. Когда часть воды вылилась наружу, на Архимеда снизошло озарение. Такое, что учёный голышом выскочил на улицу и закричал «Эврика!», что по-древнегречески означает «Нашёл!».
Открытие Закона Архимеда
Он предположил, что вес вытесненной воды был равен весу его тела, и оказался прав. Явившись к царю, он попросил принести золотой слиток, равный по весу короне, и опустить оба предмета в наполненные до краёв резервуары с водой. Корона вытеснила больше воды, чем слиток. При одной и той же массе объём короны оказался больше, чем объём слитка, а значит, она обладала меньшей плотностью, чем золото. Выходит, царь правильно подозревал своего ювелира.
Так был открыт принцип, который теперь мы называем законом Архимеда:
На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела.
Эта выталкивающая сила и называется силой Архимеда.
Формула силы Архимеда
На любой объект, погружённый в воду, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Таким образом, вес объекта, погружённого в воду, будет отличаться от его веса в воздухе в меньшую сторону. Разница будет равна весу вытесненной воды.
Чем больше плотность среды – тем меньше вес. Именно поэтому погрузившись в воду, мы можем легко поднять другого человека.
Выталкивающая сила зависит от трёх факторов:
- плотности жидкости или газа (p);
- ускорения свободного падения (g);
- объёма погружённой части тела (V).
Сопоставив эти данные, получаем формулу:
Как действует сила Архимеда
Поскольку сила Архимеда, действующая на тело, зависит от объёма его погружённой части и плотности среды, в которой оно находится, можно рассчитать, как поведёт себя то или иное тело в определённой жидкости или газе.
Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа – оно будет плавать на поверхности.
Если плотности тела и жидкости или газа равны – тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.
Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, – оно уйдёт на дно.
Сила Архимеда в жидкости: почему корабли не тонут
Корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Но если корабль получит пробоину и пространство внутри заполнится водой, то общая плотность судна увеличится, и оно утонет.
В подводных лодках существуют специальные резервуары, заполняемые водой или сжатым воздухом в зависимости от того, нужно ли уйти на глубину или подняться ближе к поверхности. Тот же самый принцип используют рыбы, наполняя воздухом специальный орган – плавательный пузырь.
На тело, плотно прилегающее ко дну, выталкивающая сила не действует. Это учитывают при подъёме затонувших кораблей. Сначала судно слегка приподнимают, позволяя воде проникнуть под него. Тогда давление воды начинает действовать на корабль снизу.
Но чтобы поднять корабль на поверхность, необходимо уменьшить его плотность. Разумеется, воздух в получившем пробоину корпусе не удержится. Поэтому его заполняют каким-нибудь лёгким веществом, например, шариками пенополистирола.
Примечательно, что эта идея впервые пришла в голову не учёным, а авторам диснеевского комикса, в котором Дональд Дак таким образом поднимает со дна яхту Скруджа Макдака. Датский инженер Карл Кройер (Karl Krøyer), впервые применивший метод на практике, по собственному признанию вдохновлялся «Утиными историями».
Дональд Дак поднимает со дна яхту при помощи шариков для пинг-понга.
© Walt Disney Corporation, 1949
Сила Архимеда в газах: почему летают дирижабли
В воздухе архимедова сила действует так же, как в жидкости. Но поскольку плотность воздуха обычно намного меньше, чем плотность окружённых им предметов, выталкивающая сила оказывается ничтожно мала.
Впрочем, есть исключения. Воздушный шарик, наполненный гелием, стремится вверх именно потому, что плотность гелия ниже, чем плотность воздуха. А если наполнить шар обычным воздухом – он упадёт на землю. Плотность воздуха в нём будет такая же, как у воздуха снаружи, но более высокая плотность резины обеспечит падение шарика.
Этот принцип используется в аэростатах – воздушные шары и дирижабли наполняют гелием или горячим воздухом (чем горячее воздух, тем ниже его плотность), чтобы подняться, и снижают концентрацию гелия (или температуру воздуха), чтобы спуститься. На них действует та же выталкивающая сила, что и на подводные лодки. Именно поэтому перемещения на аэростатах называют воздухоплаванием.
Учите физику вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду PHYSICS72020 вы получите бесплатный доступ к курсу физики 7 класса, в котором изучается архимедова сила.
Когда сила Архимеда не работает
- Если тело плотно прилегает к поверхности. Если между телом и поверхностью нет жидкости или газа – нет и выталкивающей силы. Именно поэтому подводным лодкам нельзя ложиться на илистое дно – мощности их двигателей не хватит, чтобы преодолеть давление толщи воды сверху.
- В невесомости. Наличие веса у жидкости или газа – обязательное условие для возникновения архимедовой силы. В состоянии невесомости горячий воздух не поднимается, а холодный не опускается. Поэтому на МКС создают принудительную конвекцию воздуха с помощью вентиляторов.
- В растворах и смесях. Если в воду налить спирт, на него не будет действовать сила Архимеда, хотя плотность спирта меньше плотности воды. Поскольку связь между молекулами спирта слабее, чем связь молекул воды, он растворится в воде, и образуется новая жидкость – водный раствор спирта.
Источник
4. –○47. , , , ( ). (. 26) , . .
. 26 ○48. . (. 27) , – , , ; , , . ?
. 27 ●49. (. 48) . , , . , (. 28), .
. 28 , 28. , , , . ? ○50. . EADCBF CD (. 29). ABCD 2,5 , , 24,5 . CD 25 , , 2,5 , . .
. 29 ○51. . : – , , , . (. 30), , . , , .
. 30 , , , – , , -. , , – . ? ●52. . , , , 31. . , , . , , ?
. 31 ●53. . (. 32). , . , ?
. 32 . , . , , , . , . , . , , , . ? ●54. . , (. 33), . , , , . , , 2-3 , ( ) , , . ., . , ,- , . ? ?
. 33 ○55. ? , 20, , , . , . . . . . , . ? ○56. ? (. 34). . , , . ( ) , , ?
. 34 ●57. “” . “” . (), (. 35). , . , ( ) , . ?
. 35 ●58. “” . , , 36, . . , ? .
. 36 . . . . ? ○59. ? , 15-20 , 300 (. 37). , 1 . . , . , . . ?
. 37 ●60. ? , , . , . , , . , ? ●61. . (. 38). . : , 1, , 2, , 3, 4, . .? ( , ), : 4 , ?
. 38 ○62. ? (. 39) . , . . , , , . .
. 39 ●63. . , . , ? . , . . , . =ρ, ρ – , g – , h – . , . , . ? ●64. ? , (. 40). , .
. 40 . , . , . , , , . , , , , , . , , , . , , , . , . ? ○65. . . , (. 64)? . . , . , , . ? ○66. ? , , . 41 . , , . ?
. 41 ○67. ? , , , . , ” “. ? ○68. ? , . , , – (. 42), , .
. 42 , , , . ? ○69. . . , ( 6 ) , , 6 , . , , , . ? ●70. ? (. 43). . .
. 43., . 44 , , (. 44), . . ●71. ? , 45, , , 100 3, . . , ?
. 45 . , , 0,98 . , . , 100 . , 200 . ? ●72. ? ABCD (. 46) . 0,5 , – 0,4 . ?
. 46 . . , , , . , , . ? ○73. . , (. 47). . . (. 48), . , , . , . . ?
. 47., . 48 ●74. ? , . (, ). , ( ). , , , , , , (). ? ●75. . . (. 49), .
. 49 , ; . , , , , , . . ? ●76. . . 1865 . . (. 50). , , , , , . ?
. 50 ●77. . XV . , 1. (. 51). , , . ? 1 ()
. 51 ●78. . . , , , , (. 52). . , . . , , , . , (. . ), , . … . ?
. 52 ●79. . , v (. 53). , F=kv2, k – .
. 53 , v , : v1 = vcos60 v2 = vsin60. , F1 = kv12 =kv2cos260 F2 = kv22 = kv2sin26O, F1 F2 – , v1 v2. , : F = kv2. ? ○80. ? . , , . , , , – . ? ○81. . , , . , . ? www.baltprofile.ru. 24xxx.me//armyanki/ |
Источник
В этом состоянии сохраняется объем, но не сохраняется форма. Например, если перелить молоко из кувшина в стакан – молоко, имевшее форму кувшина, примет форму стакана. Кстати, в корове у молока тоже была другая форма.
Расстояние между молекулами в жидком состоянии чуть больше, чем в твердом, но все равно невелико. При этом частицы не собраны в кристаллическую решетку, а расположены хаотично. Молекулы почти не двигаются, но при нагревании жидкости делают это более охотно.
Вспомните, что происходит, если залить чайный пакетик холодной водой – он почти не заваривается. А вот если налить кипяточку – чай точно будет готов.
Агрегатных состояния точно три?
На самом деле, есть еще четвертое – плазма. Звучит, как что-то из научной фантастики, но это просто ионизированный газ – газ, в котором помимо нейтральных частиц, есть еще и заряженные. Ионизаторы воздуха как раз строятся на принципе перехода из газообразного вещества в плазму.
Сообщающиеся сосуды
Поскольку жидкость принимает форму сосуда, в который ее поместили, имеет место быть такое явление, как сообщающиеся сосуды.
- Сообщающиеся сосуды – это сосуды, соединенные между собой ниже уровня жидкости (в каждом сосуде). Так жидкость может перемещаться из одного сосуда в другой.
Какую бы форму не имели такие сосуды, на поверхности однородных жидкостей в состоянии покоя на одном уровне действует одинаковое давление.
Если в колена сообщающихся сосудов налить жидкости, плотности которых будут различны, то меньший объём более плотной жидкости в одном колене уравновесит больший объём менее плотной жидкости в другом колене сосуда.
Другими словами, высота столба жидкости с меньшей плотностью больше, чем высота столба жидкости с большей плотностью. Давайте рассчитаем, во сколько высота столба жидкости с меньшей плотностью больше высоты столба жидкости с большей плотностью, если эти две несмешивающиеся жидкости находятся в сообщающихся сосудах.
p = ρgh, p1 = p2, ρ1 gh1= ρ2 gh2,
Отсюда:
h1/h2 = ρ1/ρ2
ρ2 = (h1/h2) * ρ1
Применение сообщающихся сосудов
На принципе сообщающихся сосудов основано устройство очень простого прибора для определения плотности жидкости. Этот прибор состоит из двух сообщающихся сосудов: двух вертикальных стеклянных трубок, соединенных между собой третьей изогнутой трубкой.
Одна из вертикальных трубок заполняется жидкостью, плотность которой нужно определить, а другая – жидкостью известной плотности (например, водой, плотность которой равна 1000 кг/м^3). Жидкости должны заполнить трубки настолько, чтобы их уровень в изогнутой трубке посередине был на отметке прибора 0. Высоты жидкостей в трубках над этой отметкой измеряют и находят плотность исследуемой жидкости, зная, что высоты обратно пропорциональны плотностям (об этом мы говорили выше).
Также на законе сообщающихся сосудах основаны устройства, которые определяют уровень жидкости в закрытых сосудах: резервуарах, паровых котлах.
Чтобы судно могло переплыть из одной водного бассейна в другой, если уровни воды в них разные, необходимо использовать шлюз. Устройство шлюза также основано на принципе сообщающихся сосудов. В первых воротах шлюза открывается клапан, камера соединяется с водоёмом, они становятся сообщающимися сосудами, уровни воды в них выравниваются. После этого ворота открываются, и судно проходит в первую камеру. Открывается следующий клапан, после выравнивания уровней воды открываются ворота, и так повторяется столько раз, сколько камер имеет шлюз.
Давление столба жидкости
Выведем формулу давления столба жидкости через основную формулу давления.
Давление
p = F/S
p – давление [Па]
F – сила [Н]
S – площадь [м^2]
В случае давления жидкости на дно сосуда мы можем заменить силу в формуле на силу тяжести.
p = mg/S
Также мы можем представить массу жидкости, как произведение плотности на объем:
p = ρ*V*g/S
Из геометрии мы знаем, что объем тела вращения (например, цилиндра) – это произведение площади основания на высоту: V = Sh.
Следовательно, высота будет равна h = V/S. Подставляем в формулу высоту вместо отношения объема к площади.
p = ρ*g*V/S
p = ρgh
В сообщающихся сосудах давление жидкости на одном уровне (на одной и той же высоте) будет одинаковым.
А можно сделать так, чтобы давление было разным?
С помощью перегородки можно сделать так, чтобы уровень жидкости, а следовательно, и давления в сообщающихся сосудах отличались.
Перегородка, установленная между сосудами перекроет сообщение. Далее доливая жидкость в один из сосудов мы создаем дополнительное давление. Если затем убрать перегородку, то жидкость начнет перетекать в тот сосуд, где её уровень ниже – до тех пор, пока высота жидкости в обоих сосудах не станет одинаковой.
Этот принцип используют в водонапорной башне. Чтобы создать высокое давление, башню наполняют водой. Затем открывают трубы на нижнем этаже, и вода устремляется в дома в наши краны и батареи.
Задачка
Какой площади необходимо сделать малый поршень в гидравлическом прессе, для того, чтобы выигрыш в силе получился равным 2? Площадь большого поршня равна 10 см^2.
Решение:
Гидравлический пресс – это два цилиндрических сообщающихся сосуда. Площадь большого поршня, с приложенной силой F1, равна 10 см^2.
Площадь малого поршня обозначим Sмал, к нему приложена сила F2.
Давления в сообщающихся сосудах на одинаковой высоте равны: p1 = p2
Подставим формулу давления:
F1/Sбол=F2/Sмал.
Выразим Sмал, получим:
Sмал = (F2/F1) * Sбол
Так как по условию выигрыш в силе F2/F1 равен 2, то:
Sмал=2*Sбол= 2*10 = 20 см^2
Ответ: малый поршень необходимо сделать с площадью равной 20 см^2
Понимать и любить этот мир гораздо проще, когда разбираешься в физике. В этом помогут небезразличные и компетентные преподаватели онлайн-школы Skysmart.
Чтобы формулы и задачки ожили и стали более дружелюбными, на уроках мы разбираем примеры из обычной жизни современных подростков. Приходите на бесплатный вводный урок по физике и начните учиться в удовольствие уже завтра!
Источник
Ответы на вопрос Сосуд с водой
- Котёл – Металлический сосуд для приготовления пищи методом варки на открытом огне. Используется до настоящего времени в туристических походах. Как технический термин слово «котёл» применяется для обозначения закрытого сосуда, предназначенного для нагревания воды или превращения её в пар 5 букв
- Разгадывать кроссворды
- Кувшинка – Сосуд не для воды а из воды 8 букв
- Графин – Широкий книзу сосуд с узким длинным горлом (для воды, напитков) 6 букв
- Котел – Большой металлический круглый сосуд для нагревания воды, варки пищи 5 букв
- Самовар – Металлический сосуд для кипячения воды, с краном и внутренней топкой в виде высокой трубки, наполняемой углями 7 букв
- Чайник – Сосуд с ручкой и носиком для кипячения воды или для завтрака чая 6 букв
- Чайник – Металлический сосуд для кипячения воды 6 букв
- Самовар – Металлический сосуд для кипячения воды 7 букв
- Кастрюля – Металлический сосуд для кипячения воды 8 букв
- Самовар – Металлический сосуд для кипячения воды с топкой внутри, наполняемой углями 7 букв
- Чайник – Сосуд для кипячения воды 6 букв
- Самовар – Сосуд для кипячения воды 7 букв
- Баклага – Дорожный сосуд для воды, большая фляжка 7 букв
- Котел – Большой круглый металлический сосуд для нагревания воды, варки пищи 5 букв
- Котел – Закрытый сосуд для превращения воды в пар 5 букв
- Котел – Металлический сосуд округлой формы для варки пищи, нагревания воды и т. п 5 букв
- Клепсидра – Старинный прибор для измерения времени в виде сосуда, равномерно, капля за каплей наполняемого водой, уровень которой показывает протекшее время; водяные часы 9 букв
- Кальян – Устройство для курения у народов Востока, в котором табачный дым пропускают через сосуд с водой 6 букв
- Гнёт – Специальный предмет, обладающий заданной массой, и применяемый в качестве груза при солении и квашении овощей и фруктов. В качестве гнета обычно применяется камень округлой формы, имеющий минимальное водопоглощение и минимальную способность к растворению в кислой среде. Помимо камней в качестве гнётов могут быть применены: нержавеющая сталь, стеклянные сосуды, наполненые водой 4 буквы
- Кровообращение – Циркуляция крови по организму. Кровь приводится в движение сокращениями сердца и циркулирует по сосудам. Кровь движется от желудочков до предсердий, но сердечный выброс движет кровь лишь до капилляров, где происходит выброс воды и солей в интерстициальную жидкость круги кровообращения 14 букв
- Кратер – Древнегреческий сосуд, который в основном был предназначен для смешивания вина с водой-… 6 букв
- Гидрия – Древнегреческий сосуд с ручками для ношения воды 6 букв
- Кратер – Древнегреческий сосуд, который в основном был предназначен для смешивания вина с водой-. 6 букв
- Графин – Стеклянный или хрустальный сосуд (для воды, вина и т. п.) с узким высоким горлом 6 букв
- Графин – Толстостенный хрустальный или прозрачного стекла сосуд емкостью около 1-2 литров в виде широкой, обычно граненой бутылки с также стеклянной пробкой. Используется для кратковременного хранения либо подачи к столу воды, вина и т. п 6 букв
- Чайник – Сосуд с ручкой и носиком для кипячения воды или заварки чая 6 букв
- Чайник – Небольшой закрытый сосуд с носиком, крышкой и ручкой для подогревания и кипячения воды. Обычно чайники изготавливаются из металла 6 букв
- Фляжка – Туристский сосуд для воды 6 букв
- Лучина – Тонкая длинная щепка сухого дерева. Для получения лучин полено щепили, то есть разделяли на щепы. Чтобы получить больше света, одновременно жгли несколько лучин. Их закрепляли в светец. Это специальное металлическое приспособление, вбивавшееся нижним заострённым концом в чурбак или иную подставку. Под лучины ставили сосуд с водой 6 букв
- Ведро – Сосуд для воды 5 букв
- Стакан – Сосуд для воды 6 букв
- Графин – Сосуд для воды 6 букв
- Стакан – Сосуд с питьевой водой 6 букв
- Графин – Сосуд для воды, водки 6 букв
- Ведро – Сосуд – ходить по воду 5 букв
- Сифон – Сосуд для газированной воды 5 букв
- Котёл – Большой металлический круглый сосуд для нагревания воды 5 букв
- Графин – Стеклянный или хрустальный сосуд для воды, вина 6 букв
- Кальян – Курительный прибор, в котором табачный дым очищается, проходя через сосуд с водой 6 букв
- Графин – Стеклянный сосуд для воды 6 букв
- Самовар – Сосуд для кипячения воды с краном и внутренней топкой 7 букв
- Графин – Сосуд для воды или вина 6 букв
- Бак – Большой закрытый сосуд для хранения воды 3 буквы
- Акваманиль – Сосуд с водой, в котором католические священники умывают руки при совершении обедни 10 букв
- Водогрей – Специальное устройство или сосуд для нагревания, кипячения воды 8 букв
- Водогрейка – Сосуд для подогревания воды, кипятильник 10 букв
- Водопойка – Небольшой сосуд с водой, помещаемый в птичью клетку 9 букв
- Гидрия – Древнегреч. глиняный, часто расписной сосуд с ручками для ношения воды 6 букв
- Баклага – Разной величина фляга, сосуд для воды, который можно взять в дорогу (Бак для га) (историческое) 7 букв
- Объём – Количественная характеристика пространства, занимаемого телом или веществом. Объём тела или вместимость сосуда определяется его формой и линейными размерами. С понятием объёма тесно связано понятие вместимость, то есть объём внутреннего пространства сосуда, упаковочного ящика и т. п. Синонимом вместимости частично является ёмкость, но словом ёмкость обозначают также сосуды 5 букв
Источник