Гидроаэростатика

После того, как архимедова сила достигнет значения, равного  силе тяжести, подъем воздушного шара прекратится. Чтобы подняться еще  выше, с шара сбрасывают балласт.  При этом сила тяжести уменьшается, и выталкивающая сила опять оказывается вновь большей.

Для того , чтобы опуститься на землю, выталкивающую силу надо уменьшить. Для этого можно уменьшить объем шара. В верхней части оболочки шара имеется специальный выпускной клапан, через который можно выпустить часть газа. После этого шар начнет опускаться вниз.

Температуру теплого воздуха  внутри воздушного шара можно регулировать с помощью обычно газовой горелки, установленной под оболочкой. Увеличивая пламя горелки, можно заставить  воздушный шар подниматься выше и наоборот. Если подобрать такую  температуру, при которой сила тяжести, действующая на шар с корзиной, окажется равной силе Архимеда, то шар " повиснет" в воздухе.

 

 

4.3. ВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ

Водный транспорт- самый  дешевый по потреблению энергии  вид транспорта. Конечно суда, баржи не могут развивать такую скорость как самолеты, машины, поезда, однако при перевозке тяжелых грузов ни один вид транспорта не может сравниться с ними.

Плотность материалов, используемых для строительства судов, должна быть намного больше плотности пресной  и морской воды. Для любого судна необходимо выполнение основного условия плавания: вес воды, вытесненной частью судна, должен равняться силе тяжести, действующей на судно вместе с пассажирами, топливом, различными механизмами и приборами.

В целях стабильного и  безопасного плавания судно должно погружаться в воду на какую-то определенную глубину. Глубина, на которую судно  погружается в воду, называется осадкой. Ватерлиния – красная линия на корпусе судна, показывающая наибольшую допустимую осадку судна. Погружение корабля ниже ватерлинии опасно, т.к. вода может проникнуть в трюмы и затопить корабль. Водоизмещение – вес воды, вытесняемой судном при погружении до ватерлинии, равный силе тяжести, действующей на судно с грузом. Грузоподъемность – вес полезного груза, перевозимого судном.

Самыми сложными среди  водного транспорта являются подводные  лодки. Условия плавания применимы  и к ним:

1) >   ,то тело тонет;

= , то тело плавает внутри жидкости;

 , то тело находится на поверхности жидкости.

Во время погружения в  воду специальные отсеки заполняются  водой. При этом возрастает сила тяжести, действующая на лодку, и она погружается. Во время всплытия подводной лодки  мощные насосы нагнетают воздух в  отсеки с водой. Когда сила тяжести  становиться меньше архимедовой  силы, лодка всплывает.

Рассмотрим простейший пример подводного судна. В стакан со свеженалитой газировкой бросим виноградину. Она  чуть тяжелее воды и опустится  на дно. На неё начнут садиться пузырьки газа, и когда их станет довольно много, виноградина всплывёт. На поверхности  пузырьки лопаются, газ улетает, и  отяжелевшая виноградина снова  опускается на дно. Так будет продолжаться до тех пор, пока газировка не «выдохнется».

4.4. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ

Свойство поверхности жидкости сокращаться, можно истолковать как существование сил, стремящихся сократить эту поверхность. Молекула , расположенная на поверхности жидкости, взаимодействует не только с молекулами, находящимися внутри жидкости, но и с молекулами, находящимися на поверхности жидкости, расположенными в пределах сферы молекулярного действия. Для молекулы (на рис.8) равнодействующая  молекулярных сил, направленных вдоль свободной поверхности жидкости, равна нулю, а для молекулы , расположенной у границы поверхности жидкости,  и  направлена по нормали к границам свободной поверхности и по касательной к самой поверхности жидкости.

      (рис.8)

Равнодействующая сил, действующих  на все молекулы, находящиеся на границе свободной поверхности, и есть сила поверхностного натяжения. В целом она действует так, что стремится сократить поверхность  жидкости.

Можно предположить, что  сила поверхностного натяжения    прямо пропорциональна длине l границы поверхностного слоя жидкости, ведь на всех участках поверхностного слоя жидкости молекулы находятся в одинаковых условиях: F~l.

Действительно, рассмотрим вертикальный прямоугольный каркас (рис.9), подвижная сторона которого уравновешена. После извлечения рамки из раствора мыльной пленки подвижная часть перемещается из положения 1 в положение 2. Учитывая, что пленка представляет собой тонкий слой жидкости и имеет две свободные поверхности, найдем работу, совершаемую при перемещении поперечины на расстояние h = ⋅ : A = 2F⋅h, где F — сила, действующая на каркас со стороны каждого поверхностного слоя. С другой стороны,  .

                      (рис.9)

Следовательно, , откуда . Согласно этой формуле единицей коэффициента поверхностного натяжения в СИ является ньютон на метр (Н/м).

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от природы жидкости, от температуры и от наличия примесей. При увеличении температуры он уменьшается. При критической температуре, когда исчезает различие между жидкостью и паром, σ = 0.

Таким образом, поверхностный  слой жидкости представляет собой как  бы эластичную растянутую пленку, охватывающую всю жидкость и стремящуюся собрать  ее в одну «каплю». Такая модель (эластичная растянутая пленка) позволяет определять направление сил поверхностного натяжения. Например, если пленка под  действием внешних сил растягивается, то сила поверхностного натяжения будет  направлена вдоль поверхности жидкости против растяжения. Однако это состояние  существенно отличается от натяжения  упругой резиновой пленки. Упругая  пленка растягивается за счет увеличения расстояния между частицами, при  этом сила натяжения возрастает, при  растяжении же жидкой пленки расстояние между частицами не меняется, а  увеличение поверхности достигается  в результате перехода молекул из толщи жидкости в поверхностный  слой. Поэтому при увеличении поверхности  жидкости сила поверхностного натяжения  не изменяется (она не зависит от площади поверхности).

 

 

4.5. КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Под капиллярными явлениями  понимают подъем, или опускание жидкости в узких трубках — капиллярах* — по сравнению с уровнем жидкости в широких трубках.  * От латинского слова capillaris — волосной.

Смачивающая жидкость (например, вода в стеклянной трубке) поднимается  по капилляру. При этом, чем меньше радиус трубки, тем на большую высоту поднимается в ней жидкость (рис. 10.1). Жидкость, не смачивающая стенки капилляра (например, ртуть в стеклянной трубке), опускается ниже уровня жидкости в широком сосуде (рис. 10.2).

                                      

        (рис10.1)                                                       (рис.10.2)

Подъем смачивающей жидкости по капилляру можно объяснить  по-другому — непосредственным действием  сил поверхностного натяжения. Вдоль  границы поверхностного слоя жидкости, имеющей форму окружности, на стенки трубки действует сила поверхностного натяжения, направленная вниз (для смачивающей  жидкости). Такая же по модулю сила действует  на жидкость со стороны стенок трубки вверх (третий закон Ньютона). Эта  сила и заставляет жидкость подниматься  в узкой трубке. Подъем смачивающей  жидкости по капилляру прекратится  тогда, когда сила, заставляющая жидкость подниматься вверх, уравновесится  силой тяжести, действующей на поднятую жидкость.

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Курсовая работа посвящена  исследованию актуальных вопросов гидроаэростатики в 7 классе. В ней были раскрыты базовые определения, включающие общие понятия о равновесии жидкостей и газов, давлении в разных средах. Изучение данной темы направлено на достижение следующих целей:

- освоение знаний о  гидростатических и аэростатических  явлениях и величинах и законах,  которым они подчинятся;

- овладение умениями описывать и обобщать физические явления, применять полученные знания для объяснения разнообразных природных явлений и процессов, принципов действия приборов;

- развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе решения физических задач;

- воспитание убежденности в познаваемости окружающего мира;

- применение полученных знаний и умений для решения практических задач.

В результате изучения гидроаэростатики, ученик должен знать смысл физических законов и величин по данному разделу физики: давление, закон Паскаля, давление в разных средах, закон Архимеда, приборы для измерения атмосферного давления и разности давлений и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Учебник «Физика и  астрономия», 7 класс, «Атамура», 2003 г.

2.Методика преподавания  физики в 6-7 классах, под редакцией В.П.Орехова, А.В.Усовой, «Просвещение», 1987 г.

3.Демонстрационные опыты  по физике в 6-7 классах, под редакцией Буровой, «Просвещение», 1988 г.

4.Методика преподавания физики в средней школе, под редакцией А.И.Бугаев, «Просвещение», 1981 г.

5.Воспитание учащихся  в процессе обучения физике, под редакцией  А.В.Усова, В.В.Завьялов, «Просвещение», 1984 г.

6.Объяснение в процессе  обучения, под редакцией А.М.Сохор, 1988 г.

7.Пособие по физике, под редакцией  С.П.Мясников, 1988 г.

8.Современный урок физики  в средней школе, под редакцией С.Е.Каменецкий, 1987 г.