Учитель: В 1801 г. американец Фултон, проживающий в Париже, построил подводную лодку «Наутилус». Кстати, так именуют моллюска, обитающего в тропических морях. Он погружается и всплывает, меняя объем внутренних полостей, а на поверхности распускает мантию, образуя своего рода парус.
Давайте послушаем диалог капитана Немо и прекрасной Ассоль на капитанском мостике подводной лодки «Наутилус».
Дети читают по ролям.
Ассоль: Скажите, капитан, этот Ваш «Наутилус» может находиться под водой?
Немо: Разумеется, прекрасная мисс.
- Но я сама видела, как Ваш «Наутилус» выскочил из-под воды на поверхность, как мячик.
- Ваши прекрасные глаза не обманули Вас, мисс.
- Мне кажется, нет на свете силы, способной вот так вышвырнуть металлическую громадину из воды. А если есть, вдруг она не чистая?!
- Что Вы, мисс. Это как раз самая чистая сила. Что может быть чище силы, благодаря которой вода в воде ничего не весит. Скажу Вам по секрету, этой же силой свободно владеют рыбы, осьминоги и прочие морские обитатели. Это огромная сила!
- Вы совсем сбили меня с толку, капитан. Давайте встретимся вечером в кают-компании, и я надеюсь, что Вы мне об этой огромной силе расскажите все как можно подробней.
Учитель: Итак, мы с вами на школьном корабле в кают-компании. О какой же силе идет речь?
Ответ: О выталкивающей силе или о силе Архимеда.
Учитель: Верно. Сегодня речь идет об Архимедовой выталкивающей силе и ее применении природой и человеком.
Мы поставим себе 2 основные задачи:
1. Вспомнить все, что мы знаем об Архимедовой силе, от чего она зависит, как проявляется.
2. Где применяется.
- Вопрос следующий: Почему же сила называется Архимедовой?
Ответ: Это связано с древнегреческим ученым Архимедом, жившим примерно в III веке до н.э. Он был придворным ученым царя Сиракуз Гиерона.
- Гиерон однажды поручил Архимеду проверить содержание золота в жертвенном венце. Царь подозревал, что ювелир утаил часть золота и заменил его более дешевыми серебром или бронзой. Перед Архимедом стояла довольно сложная задача: определить объем короны сложной формы. Не переставая думать об этом, он погрузился в ванну и увидел, что своим телом вытеснил часть жидкости на пол, причем его тело стало легче. И тут его осенило. Архимед выскочил из воды и, забыв об одежде, побежал по улице Сиракуз, крича: «Эврика! Эврика!». («Нашел! Нашел!»).
Так был открыт первый закон гидростатики.
- Давайте назовем наш урок «Эврика» и тоже займемся научным поиском. Отчего же зависит Архимедова сила. Не секрет, что предмет нашего исследования для науки не нов, но лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать.
Опыт №1: стакан воды, кусочки пластилина.
ПТБ: аккуратность.
а) Кусочек бросили в стакан с чистой водой.
б) Из кусочка сделали лодку, она плавает.
- Что же мы видим? В одном случае пластилин тонет, в другом - плавает. Почему?
Ответ: Свойства жидкости мы не меняли, у тела из пластилина мы поменяли объем. Тело большего объема плавает, меньшего - тонет.
Вероятно, выталкивающая сила зависит от объема погруженной части тела.
Опыт № 2: стакан с водой, стакан с маслом, кусочек парафина.
а) В воде парафин плавает.
б) В масле парафин тонет.
Вывод: Теперь свойства парафина мы не меняли. Значит, выталкивающая сила зависит и от свойств жидкости, а именно от ее плотности.
Учитель: Мы убедились, что:
| Fарх= ρ жидк g Vтела |
одни и те же тела в жидкости могут плавать и тонуть.
Прослушаем продолжение диалога на капитанском мостике.
Ассоль: Вы сказали, капитан, что на ваш «Наутилус» действует огромная выталкивающая сила.
Немо: А куда ей деваться, мисс? Конечно, действует.
-Тогда «Наутилус» не должен быть подводной лодкой. Выталкивающая сила должна вытолкнуть судно на поверхность.
- Представьте, мисс, что вся вода из океана разом исчезла, а с ней выталкивающая сила. Что станет с «Наутилусом»?
- Камнем упадет на дно.
- Какая сила потянет его на дно?
Учитель: Как бы вы ответили на этот вопрос?
Ответ: Сила тяжести.
- Вы хотите сказать, капитан, что на судно действуют одновременно выталкивающая сила и сила тяжести! А какая сила сильнее?
- Может оказаться и так, и этак.
- И что тогда будет?
- Теперь вы и без меня легко разберетесь, мисс.
Учитель: Давайте и мы с вами экспериментально выясним, что же будет.
Опыт № 3: стакан с водой, пузырек с солью, кусочек картофеля.
а) Картофель в пресной воде тонет.
б) Картофель в соленой (морской) воде всплывает.
Вывод
Если:
| Fт > Fа | - тело тонет - |
ρт > ρж |
| Fт < Fа | - тело всплывет - |
ρт < ρж |
Fт = Fа |
- тело плавает - |
ρт = ρж |
Но:
| Fа = ρж g V = > ρт = ρж |
Fт = ρт g V |
Помощник капитана (бьет один раз в склянку и говорит): Капитан! Срочная почта! Просят быстрее дать ответ! (Передает конверт с вопросами.)
Учитель: Ребята, помогите мне разобрать почту!
1. Любителям химии – почему бесполезно горящие нефть, бензин, керосин тушить водой?
(Эти нефтепродукты будут всегда на поверхности воды, т.к. они легче воды.)
2. Любителям географии – почему в Мертвом море нельзя утонуть?
(Вода Мертвого моря на 25% состоит из соли, плотность воды Мертвого моря – 1160 кг/м3, плотность человека – 960 кг/м3.)
3. Любителям физики – многим не раз приходилось наблюдать ледоход на реках. А чем опасны айсберги?
(Плотность морской воды – 1030 кг/м3, плотность льда - 900 кг/м3, 9/10 айсберга находятся под водой, привести пример с «Титаником».)
4. Любителям ботаники – произрастающий в дельте Волги вблизи Астрахани чилим (водяной орех) после цветения дает под водой тяжелые плоды. Эти плоды настолько тяжелы, что вполне могут увлечь на дно все растение. Но этого в итоге не происходит. Объясните почему?
(В это время у чилима, растущего в глубокой воде, на черенках листьев возникают вздутия. В итоге, увеличивается Fарх, она уравновешивает Fтяж, чилим остается на плаву.)
5. Любителям литературы
Глядит на мирный ток реки,
Склонясь на копья боевые,
Ах! Как желал бы там он быть;
Но цепь мешает переплыть.(М.Ю.Лермонтов «Кавказский пленник»)
Почему с тяжелой цепью речку не переплыть?
(Fт> Fарх)
6. Любителям рыбалки – где больший вес имеют солидные караси, в родном озере или на чужой сковородке.
(В родном озере их вес меньше на величину арх. силы.)
7. Любителям кулинарии – почему в недосоленном супе ощипанная курица тонет, а в пересоленном спасается вплавь?
(Жидкости разной плотности с разной силой выталкивают курицу вверх.)
8. Любителям вооруженных сил – генерал нырнул в жидкость солдатиком и подвергся действию выталкивающих сил. Можно ли утверждать, что жидкость вытолкала генерала в шею?
9. Любителям посиделок – один неглубокий сосуд пригласил в гости сразу три несмешивающихся жидкости разной плотности и предложил им располагаться со всеми удобствами. Как будут вести себя жидкости?
(Располагаться в сосуде согласно плотности: тяжелые – внизу, легкие – вверху.)
Учитель: Так как же ведут себя жидкости разной плотности в одном сосуде?
Опыт № 4: стакан с чистой с водой, стакан с маслом, стакан с медом.
Вывод: жидкости располагаются слоями согласно их плотности: более плотная - внизу, менее плотная - вверху.
Помощник капитана (бьет в склянку): Капитан! В судовом журнале появилась странная запись!
Учитель (читает):
О, Винчи, ты во всем единый:
Ты победил старинный плен.
Какою мудростию длинной
Твой страшный миг запечатлен!
Пророк иль демон, иль кудесник,
Загадку верную храня
О, Леонардо, ты – предвестник
Еще неведомого дня.
- О ком сделал запись в судовом журнале капитан Немо?
Ответ: О Леонардо да Винчи!
Учитель: А о какой загадке идет речь?
Ответ: Леонардо да Винчи, действительно был не только величайшим живописцем, но и крупным естествоиспытателем! Он скрыл от своих современников идею создания подводной лодки – одного из самых важных своих изобретений. Факт поразителен!
Он не выбросил свой секретный проект подлодки, а записал его для потомков, как обычно, « зеркальным письмом».
Как же плавает подводная лодка?
Fт = Fа - плавает на заданной глубине.
ρ средняя лодки = ρ воды
Fт> Fа - погружается на глубину
ρ средняя лодки > ρводы
Fт< Fа – всплывает
ρ средняя лодки < ρводы
Помощник капитана (бьет в склянку): Капитан, к борту пристали странные предметы!
Учитель: Это черный ящик. А в нем – привет от самой «золотой рыбки»:
Я рыбка золотая.
Я плаваю легко.
А это позволяет
Уйти мне глубоко.
- Что же лежит в черном ящике, ребята?
Ответ: воздушный пузырь рыбы.
Учитель: А вот еще один интересный предмет – запечатанная бутылка. В нее моряки обычно кладут письмо с просьбой о помощи. Давайте, прочитаем послание:
«Мимо бревно суковатое плыло,
Сидя, и стоя, и лежа пластом,
Зайцев с десяток спасалось на нем.
«Взял бы я вас – да потопите лодку!»
Жаль их, однако, да жаль и находку –
Я зацепился багром за сучок
И за собою бревно поволок…(Н.А.Некрасов «Дед Мазай и зайцы»)
- Объясните физику стихотворения. Оцените, при каком минимальном объеме бревна зайцы могли на нем плыть. Массу зайцев спросите у родителей». Ребята, а это послание будет вам домашним заданием. Команда готова к новым испытаниям?
- Да!
- Тогда - вперед! К знаниям! И последняя на сегодня запись в судовом журнале – это подведение итогов урока.