Подготовить доклады на темы 1 как плавают суда 2 воздухоплавание 3 плавание судов

Обновлено: 17.05.2024

Доклад по физике на тему: Воздухоплавание и плавание судов, как подготовить ?

Воздухоплавание и плавание судов - это два сходных термина, потому что плавание судов обеспечивается за счёт силы Архимеда в воде, вытесненной плавающим судном, а воздухоплавание обеспечивается за счёт подъёмной силы газа, который легче воздуха (водород, гелий, горячий воздух), которая тоже считается силой Архимеда. На примере воздушно шара сила Архимеда состоит в том, что большой шар, наполненный горячим воздухом, вытесняет атмосферный воздух, что создаёт подъёмную силу, что позволяет двигаться воздушному шару вертикально и горизонтально. Разница между плаванием и воздухоплаванием состоит в том, что судно может удержаться на поверхности воды за счёт её вытеснения, а для подъёма воздушного шара нужен агрегат для нагрева воздуха. Дирижабль - это летательный аппарат в форме эллипсоида, который имеет камеру, наполненную газом, что легче воздуха.

Что называется силой Архимеда в воде?
Что означает сила Архимеда в воздухе?
Как работает воздушный шар?
Как плавает судно?
Что такое дирижабль?

Способность тел и веществ по разному проводить тепло активно используется в современном мире. Одним из наиболее распространенным видом использования является применение веществ с низкой теплопроводностью для теплоизоляции. Для утепления домов и иных сооружений используются пористые материалы (раньше в этом качестве использовали пенопласт). Для изготовления зимней одежды используются воздухосодержащие и волокнистые материалы. Например, птичий пух для изготовления . пуховиков.

Примеров использования веществ с высокой теплопроводность много меньше. Металлы (их теплопроводность достаточно высокая) используются для изготовления тепловых датчиков.

Наука определяет количество теплоты как энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче. Это крайне важная физическая константа, достаточно часто используемая при решении проблем реальной жизни.

Возможность накопления телами и веществами тепловой энергии активно используется в науке и технике. Самым наглядным примером может служить устройство автомобильного радиатора: обладающая большой теплоемкостью жидкость поглощает выделяемую двигателем тепловую энергию, предотвращая его от перегрева.

Возможность рассчитать количество теплоты, поглощаемое теми или иными средами, позволяет экономно использовать энергоносители в промышленности.

Это элементарная школьная задача. Данный ответ следует рассматривать в качестве учебного пособия по определению средней скорости Vcp. Для ее вычисления необходимо весь путь S разделить на общее время t, затраченное на преодоление дистанции.

Тогда время, затраченное на перемещение 1/4 части пути со скоростью 60 км/ч, составляет

а на перемещение 1/4 части пути со скоростью 80 км/ч –

Общее время преодоления пути

Vcp = S/(300*S/(4*4800)) =4*4800/300 = 64 (км/ч).

Обычно в большинстве общеобразовательных школах физика начинается в седьмом классе и по одиннадцатый класс. Но бывает, что физика начинается и с пятого класса. К примеру, по крайней мере существуют учебники физики 5-6 классы.

Здесь надо различать скорость движения собственно заряженных частиц, и скорость электрического тока. Сами частицы движутся довольно медленно, при переменном токе они движутся даже в разные стороны, т. е. в итоге, упрощенно, вообще никуда не передвигаются. Но вот сила, заставляющая эти частицы двигаться, распространяется по проводам именно со скоростью света (тоже упрощенно) - 300 тыс. км/с.

Представить себе это можно на простом примере: допустим, вы дуете в трубу, и из нее начинает выходить воздух. Своим дыханием вы увеличиваете давление в трубе, и частицы воздуха начинают двигаться почти одновременно по всей трубе. Но вот сами частицы из того участка трубы, в который вы начали дуть, дойдут до конца трубы далеко не сразу. Так же и с электричеством, только в трубе - разность давлений, а для провода - разность потенциалов. И скорости сильно отличаются, конечно.

Сопротивление тоже можно себе представить на том же примере - пусть труба будет не гладкая, а с пористым материалом внутри, например. Тогда усилий для продувки через нее воздуха нужно будет намного больше.

Оборудование: мультимедийный проектор, компьютер, интерактивная доска.

Демонстрационное оборудование: модель судна с ватерлинией, ареометры, картезианский водолаз, модель воздушного шара, презентация (Приложение 1).

Этап

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

Актуализация темы (постановка учебной проблемы)

Работа с кроссвордом

Отгадывают кроссворд, включаются в диалог с учителем по формированию учебной проблемы

Изучение нового материала

Учащиеся наблюдают, выдвигают гипотезы, делают выводы.

Работают с конспектом.

Учащиеся слушают и записывают в тетрадь

Закрепление нового материала (решение качественных и расчетных задач)

Отвечают на вопросы, обсуждают, доказывают

Что изучали на уроке?
Что вас удивило?
Что больше всего понравилось?
Какое открытие вы сегодня сделали?

Выставление оценок. Благодарность учащимся за работу.

Анализируют свою деятельность на уроке

Организация работы дома

Д/з:§51,52. Выписать термины. №657

Записывают домашнее задание

Ход урока

1. Актуализация темы (постановка учебной проблемы).

Учащиеся отвечают на вопросы.

Что происходит с телами, погруженными в жидкость или газ?
Каково происхождение силы, выталкивающей тело из жидкости?
Как ее рассчитать?
Какие положения может занимать тело в жидкости?

Нам известно о действии жидкости и газа на погруженное в них тело. Мы изучали условия плавания тел. Чему же будет посвящен сегодняшний урок, мы узнаем, решив физический кроссворд.

По горизонтали: 1. Единица измерения давления. 2. Единица измерения массы. 3. Прибор для измерения атмосферного давления. 4. Физическая величина, равная отношению силы, действующей на поверхность, к площади поверхности. 5. Прибор для измерения давления большего или меньшего атмосферного. 6. Единица измерения силы. 7. Фамилия ученого, сделавшего важное открытие в области плавания тел. 8. Единица измерения длины.

По вертикали получают ключевое слово – плавание.

2. Изучение нового материала.

Вода и воздух – истинное чудо, без них не возможна наша жизнь. Человек издавна плавает на плотах, лодках, судах. Человек, наблюдая за полетом птиц, всегда стремился подняться в воздух. Сегодня на уроке мы выясним, когда это произошло и почему это возможно.

Плавание судов

Может ли плавать тело, если плотность материала, из которого оно сделано, больше плотности жидкости?

Демонстрация. Лист алюминия опускаем в воду, он тонет. Из этого же листа делается лодочка, она плавает. Материал один, масса не изменилась, В чем различие? (В разном объеме вытесненной жидкости. Лодочка вытесняет гораздо больший объем жидкости, и архимедова сила оказывается большей, чем архимедова сила, действующая на лист. В нашем случае коробочка – модель судна.)

В настоящее время строятся речные и морские , пассажирские и транспортные корабли из материалов, плотность которых значительно превышает плотность пресной и морской воды. Но везде выполняется основное условие: вес воды, погруженной частью судна, равен весу судна с его грузом, пассажирами, топливом и другим оборудованием.

Чтобы судно могло плавать устойчиво и безопасно, его корпус должен погружать в воду лишь до определенной глубины.

На слайде перечислены основные термины темы (выписываются дома).

Осадка судна – глубина его погружения.

Ватерлиния – линия, отмечающая наибольшую допустимую осадку (отмечается на корпусе красной линией).

Когда судно погружается до ватерлинии, оно вытесняет такое количество воды, что ее вес соответствует весу судна со всем грузом и называется водоизмещением. Оно измеряется в единицах силы. Однако довольно часто под водоизмещением понимают не вес, а массу вытесненной воды и измеряют в тоннах.

Грузоподъемность – это вес судна, принятого на судно при погружении его до ватерлинии.

Например, у первого парохода, построенного американским изобретателем Фултоном, водоизмещение составляло всего 1,6 ·105 Н или 16 т. В настоящее время водоизмещение танкеров-гигантов составляет 6,4·109Н и больше, т.е. более 640000 т.

Демонстрация. Модель корабля с ватерлинией.

Воздухоплавание

Человек стремился создать средства для плавания не только в воде, но и в воздушном океане. Для этого он конструировал и строил летательные аппараты – воздушные шары, аэростаты, дирижабли.

Воздушный шар, пригодный для полета с человеком, состоит из: оболочки, подвесной системы (строп), гондолы и балласта.

Воздушные шары раньше наполняли теплым воздухом, сейчас наполняют газом – водородом или гелием, т.е. газами, плотность которых меньше плотности окружающего нас воздуха.

Демонстрация. На рычаге уравновешены два бумажных колпака. Под одним из них нагревается воздух. Равновесие нарушается, т.к. теплый воздух имеет меньшую плотность.

На модели воздушного шара показать подъемную силу воздушного шара. (Приложение 2)

Сравним подъемную силу воздушных шаров, наполняемых разными газами.

1 м 3 водорода весит при нормальном давлении всего 0,9 Н, гелия – 1,8 Н, тогда как 1 м 3 воздуха весит 12,9 Н. Отсюда следует, что шар объемом 1 м 3 , наполненный водородом, способен поднять в воздух груз весом 12,9Н – 0,9Н =12 Н. Сюда входит и вес оболочки, из которой сделан шар, поэтому ее нужно сделать по возможности легче. Подъемная сила водорода больше подъемной силы гелия, но водород взрывоопасен, он горит, а гелий в 40-50 раз дороже водорода.

Для регулировки подъемной силы, а следовательно, подъема или спуска воздушного шара, воздухоплаватели используют различные приемы. Чтобы подняться выше, они выбрасывают часть груза – балласта из гондолы, а чтобы опуститься вниз, выпускают часть газа из оболочки или прекращают нагрев воздуха, находящегося в оболочке. Воздухоплаватели также должны учитывать, что по мере поднятия шара вверх, архимедова сила, действующая на него, уменьшается, т.к. разреженный воздух верхних слоев атмосферы, вытесненный шаром, весит меньше, чем у поверхности Земли.

Воздушные шары перемещаются вместе с воздушными массами и поэтому неуправляемы. В отличие от них дирижабль является управляемым летательным аппаратом, поскольку у него имеются пропеллеры, приводимые во вращение двигателем. Недостатки дирижаблей – их небольшая маневренность и скорость полета. Важнейшее достоинство – большая грузоподъемность и дешевизна перевозок.

Демонстрация физических поделок учащихся (самодельный ареометр, картезианский водолаз, корабля, воздушные шары).

Из истории плавания судов

Первое средство передвижения людей по воде – обломки деревьев, потом появились плоты, челны – бревна с выдолбленным углублением, в котором помещался человек.

Лишь с созданием больших лодок начинается собственно судостроение. Первые деревянные суда появились в Египте во времена Древнего царства (примерно 3000 лет до н.э.). По форме они были похожи на апельсиновую корку с поднятыми концами. Конструкция таких судов была слишком хрупкая, поэтому весь корпус по длине обхватывался тросом. Такие суда имели каркас и обшивку, на укреплялся четырехугольный, высокий, узкий парус.

Во времена Древней Греции появляются значительные различия между торговыми и военными судами. В это время строятся знаменитые греческие триеры и римские кинкеры.

Из истории воздухоплавания

Тысячи лет прошли с тех пор, как человек начал мечтать о полете. Об этом свидетельствуют сказки о ковре-самолете, о крылатом коне, о смельчиках, поднявшихся к небу на крыльях, склеенных воском. Но сила тяжести прочно привязывала человека к земле. Впервые ее удалось преодолеть с помощью теплого воздуха. Человек издавна наблюдал, как поднимается вверх дым. Вероятно, это наблюдение подтолкнуло его на мысль о полете вверх с помощью дыма. Первый воздушный шар был изготовлен во Франции в 1873 г. братьями Монгольфье. Шар наполнили теплым воздухом и назвали монгольфьером по имени его изобретателей. Оболочка была выполнена из прорезиненного шелка. Первыми воздухоплавателями были баран, петух и утка. После приземления шара, оказалось, что петух повредил крыло. Этого было достаточно, чтобы между учеными разгорелся спор о возможности жизни на больших высотах.

Монгольфьеры имели один недостаток: они быстро опускались, т.к. воздух в них остывал. Их использовали, главным образом, для развлекательных полетов. Для военных и научных целей использовали воздушные шары, наполненные водородом и гелием. Эксперимент с воздушным шаром, наполненным водородом впервые произвел французский профессор физики Шарль. Он же изобрел веревочную сеть, охватывающую шар и передающую на него весовые нагрузки, изобрел клапан, воздушный якорь и первый применил песок в качестве балласта, сконструировал барометр. Поэтому создателем современного аэростата следует признать Шарля. Аэростатами сейчас называют аппараты легче воздуха.

Вести о полетах на воздушных шарах очень занимали наших соотечественников. Русские совершили много полетов и производили при этом научные наблюдения. Так в 1887 г для наблюдения солнечного затмения на таком шаре совершил полет Д.И.Менделеев. Менделеев много сделал для развития воздухоплавания, однако он считал, что будущее принадлежит летательным аппаратам тяжелее воздуха.

В 30-е годы прошлого столетия было построено несколько аэростатов для исследования верхних слоев атмосферы – их назвали стратостатами. Гондола стратостата делалась герметичной, чтобы люди на большой высоте не страдали от недостатка кислорода. Стратостатами достигали высоты свыше 20 км. Первый в мире стратостат был создан швейцарским ученым Августом Пикаром. Недостаток стратостата – он летит туда, куда его гонит поток воздуха.

На смену неуправляемым аэростатам пришли управляемые аппараты-дирижабли. Во время первой и второй мировых войн в армиях многих стран использовались аэростаты, связанные с земной поверхностью прочным стальным тросом. Они играли роль подвижных наблюдательных пунктов, подвесок радиоантенн, воздушных заграждений, мешающих полету авиации противника.

Американские заводы выпускали учебные, учебно-патрульные и боевые дирижабли, оснащенные пушками и бомбами. Самые крупные из них имели объем 18400 м 3 . В 50-х годах прошлого столетия были спроектированы и построены воздушные корабли объемом 43000 м 3 .

Современные воздушные шары используются в рекламных целях, дирижабли – для аэрофотосъемок.

3. Закрепление нового материала.

Почему у корабля, переходящего из реки в море, осадка становится меньше?
Можно ли на Луне для передвижения космонавтов пользоваться воздушными шарами?
Почему надувная лодка имеет малую осадку?
Почему подъемная сила стратостата зависит от времени суток и днем имеет наибольшее значение?
Почему оболочка стратостата в начале полета заполнена не вся. Как будет меняться форма оболочки с высотой подъема.
Дирижабль наполняют легким газом. Не лучше было бы из него выкачать воздух?

Решить задачу 658. Радиозонд объемом 10 м 3 наполнен водородом. Какого веса радиоаппаратуру он может поднять в воздухе, если его оболочка весит 6 Н?

Каждый школьник знает, что если бросить камень в воду, то он утонет. С другой стороны, корабль, который сделан из тяжелого металла, плавает на поверхности воды. Почему одни тела тонут, а другие плавают? На этот вопрос ответит статья, в которой подробно рассматривается плавание судов.

Жидкость и давление в ней

В физике 7 класса плавание судов рассматривают после того, как изучены особенности строения и свойства жидкостей. Последняя представляет собой промежуточное между газами и твердыми телами агрегатное состояние вещества. Жидкость способна сохранять объем, как твердое тело, и она является текучей субстанцией, как газ.

Молекулы жидкости хаотично перемещаются по всему объему. Наличие у них кинетической энергии, сравнимой с потенциальной, обуславливает существование давления на каждый элементарный объем внутри жидкости. Поскольку перемещения молекул являются равновероятными, то общее давление на рассматриваемый элементарный объем оказывается равным нулю (все компоненты давления компенсируют друг друга).

Тем не менее многие знают, что погружение под воду создает болевые ощущения в области ушных перепонок. Это давление не имеет никакого отношения к рассмотренному выше молекулярному давлению. Оно связано исключительно с силой тяготения нашей планеты.

Любое тело, имеющее массу, давит на поверхность, на которой оно стоит, или растягивает подвес. Речь идет о весе тела. В жидкости этот вес проявляется в виде давления верхних слоев на нижние. Оно получило название гидростатического. Математическое выражение для расчета этого давления имеет следующий вид:

То есть гидростатическое давление линейно зависит от глубины погружения h и от плотности жидкости ρ_l. Именно это давление является причиной плавания судов.

Древнегреческий философ и его закон

Согласно одной из легенд, король некоторого древнегреческого полиса поручил Архимеду определить, изготовлена его корона из чистого золота, или же мастер его обманул и вместо золота добавил серебро в сплав. Архимед успешно справился с этим поручением, погрузив корону в сосуд с жидкостью и доказав тем самым поддельность изделия. Физический закон, который философ использовал, получил в настоящее время его имя.

Закон Архимеда гласит, что любое погруженное в текучую субстанцию тело испытывает выталкивающую его силу, модуль которой равен весу вытесненной субстанции, а вектор направлен вверх. Соответствующая сила получила название архимедовой.

Причиной появления архимедовой силы является разница между гидростатическим давлением, действующим на нижнюю поверхность твердого тела, которое погружено в текучую субстанцию, и давлением, действующим на верхнюю поверхность тела. Разница величин этих параметров обусловлена разной глубиной, на которой находятся верхняя и нижняя части тела (см. формулу в предыдущем пункте).

Сила Архимеда F_A определяется по формуле:

Где V_l - объем жидкости, вытесненной погруженным в нее телом. Эту формулу можно получить самостоятельно, если воспользоваться выражением для гидростатического давления и вспомнить, что сила является произведением давления на площадь воздействия.

Почему суда плавают?

Ответить на этот вопрос можно, если рассмотреть физические силы, действующие на погруженный в жидкость твердый предмет. Нетрудно догадаться, что этих сил будет всего лишь две:

направленная вверх сила Архимеда;
действующая вниз сила тяжести тела.

Соотношение этих сил даст ответ на вопрос данного пункта. С точки зрения физики, плавание судов обусловлено наличием выталкивающей архимедовой силы, которая превышает отмеченную силу тяжести по модулю.

Формула для условия плавания

Разберемся, соотношение каких физических величин определяет условие плавания судов. Выше мы установили, что тело не будет тонуть, если сила Архимеда F_A по модулю больше, чем сила тяжести F_t. Тогда имеем неравенство:

Слайд 1

Слайд 2

Слайд 3

Слайд 4

Необходимость преодолевать водные преграды, перевозя грузы по воде, а также использование рек, озер и морей как охотничьих угодий уже в глубокой древности привели к изобретению человеком плавучих средств. Сначала это были просто древесные стволы или надутые мешки из шкур животных (бурдюки), за которые держались переплывающие реку люди, примитивные плоты из скрепленных друг с другом бревен, круглые корзины, обтянутые кожей, а также лодки, которые выдалбливались или выжигались из массивных стволов деревьев. Развивающееся морское дело требовало увеличения размеров плавающих судов, что привело к построению кораблей Необходимость преодолевать водные преграды, перевозя грузы по воде, а также использование рек, озер и морей как охотничьих угодий уже в глубокой древности привели к изобретению человеком плавучих средств. Сначала это были просто древесные стволы или надутые мешки из шкур животных (бурдюки), за которые держались переплывающие реку люди, примитивные плоты из скрепленных друг с другом бревен, круглые корзины, обтянутые кожей, а также лодки, которые выдалбливались или выжигались из массивных стволов деревьев. Развивающееся морское дело требовало увеличения размеров плавающих судов, что привело к построению кораблей

Слайд 5

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

Слайд 13

Ватерлиния Ватерли́ния ( waterlinie) — линия соприкосновения спокойной поверхности воды с корпусом плавающего судна

Слайд 14

Бартоломеу Лоренсу де Гусман Бартоломе́у Лоуре́нсу де Гусма́н ( Bartolomeu Lourenço de Gusmão; 1685, Сантус, Сан-Паулу, Бразилия — 18 ноября 1724, Толедо, Испания) — бразильский и португальский священнослужитель и естествоиспытатель, один из пионеров конструирования летательных аппаратов легче воздуха.

Слайды и текст этой презентации

Плавание судов и воздухоплавание

На тело, которое будет находиться в жидкости действуют две силы. Сила тяжести и сила Архимеда. Они действуют в различных направлениях, сила тяжести вертикально вниз, сила Архимеда вертикально вверх.

Условием плавания двух тел, будет являться равенство силы тяжести и силы Архимеда.
Если плотность тела будет больше плотности жидкости, то тело в этой жидкости будет тонуть. Если плотность тела будет меньше плотности жидкости, то тело будет всплывать в этой жидкости. Если плотности тела и жидкости будут равны, то тело останется в равновесии внутри жидкости. Например, если кусок железа опустить в воду, то он потонет. А если этот же самый кусок опустить в ртуть, то он всплывет.
Рассмотрим теперь плавание судов

Как плавают суда?

Судна, которые плавают по озерам, реками, морям и океанам, построены из различных материалов., каждый из которых будет иметь свою плотность.
Например, корпусы больших судов чаще всего изготавливают из стальных листов. Крепления тоже изготавливаются из метала. В постройке одного корабля используются множество различных материалов как большей, так и меньшей плотности, чем плотность воды.

Разберемся, как же судна остаются на плову, когда они изготовлены из таких предметов.
Тело, которое погружают в воду, вытесняет своей погруженной в воду часть столько воды, что её вес будет равен весу тела в воздухе. Это справедливо для любого тела, а и судна кораблей не являются исключением.
Вес воды, которая вытесняется подводной частью судна, будет равен весу судна в воздухе.
Для глубины, на которую погружается судно в воду, придумали специальный термин – осадка. Для каждого судна существует свое максимально допустимое значение осадки. Это значение отмечают на корпусе корабля красной линией. Её еще называют ватерлиния.

Значение ватерлинии и водоизмещения

Водоизмещением судна, называется вес воды, которая будет вытеснена судном, при погружении его в воду до ватерлинии.
То есть водоизмещение - это максимальная отметка веса, которое может иметь судно вместе с грузом.
Например, сейчас для перевозки нефти строят суда водоизмещением 5 000 000 кН и более. Эти судна будут вместе с грузом, могут иметь массу более 500 000 тонн.
Грузоподъемностью судна называется водоизмещение судна за вычетом из него веса самого судна. Грузоподъемность - это величина, которая показывает, сколько груза может взять судно.

Воздухопла́вание (аэрона́втика — от греч. аэр — воздух и наута (греч. ναυτα — плавающий, мореплаватель) — управляемые или неуправляемые полёты в атмосфере Земли на летательных аппаратах легче воздуха (в отличие от авиации, использующей летательные аппараты тяжелее воздуха).

Виды аэростатов
Неуправляемые – воздушные шары
Управляемые – дирижабли
Привязные

Предположительно первый успешный полет на воздушном шаре совершил священник иезуит, Бартоломео Лоренцо де Гусмао. Произошло это торжественное событие в 1709 году в присутствии королевских особ и знати.

Читайте также: