Конспект уроку з фізики "Плавання суден. Повітроплавання"

Урок 7

Тема уроку: Плавання суден.  Повітроплавання.

Мета уроку:

• з'ясувати умови, за яких можливе плавання тіл; показати практичне застосування  закону Архімеда;
• розглянути застосування умов плавання тіл у житті та техніці;
• розвивати логічне мислення, пам'ять, навики виконання та осмислення експерименту;
• розвивати вміння спостерігати, аналізувати й пояснювати фізичні явища, застосовувати     набуті знання для розв’язання розрахункових, якісних та експериментальних задач;
• виховувати зацікавленість до предмета.

Тип уроку:    вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

І.  Організаційний момент.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів  (фізичний диктант).

ІІІ. Мотивація  навчальної діяльності

На столі стоїть склянка з водою, в якій плаває яйце.

- Погляньте сюди діти. Бачите яйце, але воно не просте і не золоте – воно розумне. Вміє виконувати мої бажання. Я тобі яєчко піділлю водички, а ти яєчко пливи (підливається солона вода). Знову піділлю водички, а ти яєчко тони (підливається чиста вода).   Ну то як слухняне в мене яйце?

Ми знаємо, що на всяке тіло, що знаходиться у рідині діє сила Архімеда. Але одні тіла плавають, інші тонуть, а треті спливають на поверхню. Чому так відбувається допоможе розібратись матеріал сьогоднішнього уроку, де ми встановимо умови плавання тіл, з’ясуємо фізичні основи повітроплавання, розглянемо приклади плавання тіл в житті та техніці.

Умови плавання тіл

На тіло, що занурено в рідину діють дві сили: сила тяжіння, що спрямована вертикально вниз, та архімедова сила, що спрямована вертикально вверх.

Розглянемо, що буде відбуватися з тілом під дією цих сил, якщо спочатку воно було нерухоме:

1. Якщо сила тяжіння більше архімедової сили, то тіло буде занурюватись на дно, тонути;
2. Якщо сила тяжіння дорівнює архімедовій силі, то тіло може знаходитися в рівновазі в будь-якому місці рідини, тобто плавати;
3. Якщо сила тяжіння менше архімедової сили, то тіло будо підійматися із рідини, тобто спливати.

Коли ж тіло, що спливає, досягне рідини, то при подальшому його русі вверх, архімедова сила буде зменшуватися. Тому що буде зменшуватися об’єм частини тіла, що занурено в рідину,  а архімедова сила дорівнює вазі рідини в об’ємі тіла, що в неї занурено.  Коли архімедова сила стане дорівнювати силі тяжіння, тіло зупиниться і буде плавати на поверхні, частково занурившись в рідину.

Відео 1: Підводний човен

З іншого боку в залежності від порівняння густин тіла та рідини, тіло може по різному себе поводити:

ρ_тіла   <   ρ_рідини         тіло спливає,

ρ_тіла  =   ρ_рідини        тіло плаває на певній глибині,

ρ_тіла   >  ρ_рідини        тіло тоне.

Двоє різних тіл беремо, в рідину їх покладемо.

Тут же випливе одне, друге вмить піде на дно.

В нас та сама рідина, в чому справа – хто це зна?

Відео 2: Плавання тіл

А де ми зустрічаємось з умовами плавання або їх використовуємо у житті, побуті, науці і техніці?

   З’ясувати це питання допоможе нам подорож на науковому кораблі. Під час подорожі ми відвідаємо декілька гаваней, де ви дізнаєтесь, як удосконалювалось судноплавство, як люди здійснили мрію подорожувати у повітряному просторі. І так в подорож:

1.Гавань біологічна.

Густина живих організмів, які населяють водяне середовище (китів, дельфінів, риб), дуже мало відрізняється від густини води. У китів це досягається за рахунок товстого жирового шару, який міститься під шкірою. Цікаву роль відіграє плавальний міхур у риб, який може стискуватись. Змінюючи об’єм міхура, риба змінює об’єм свого тіла. Завдяки цьому вона може регулювати глибину свого занурення. Кити регулюють глибину занурення, змінюючи об’єм легень.

Природа наділила риб повітряним міхурцем. Основна його функція – гідростатична. Він допомагає рибі залишитись на певній глибині, де вага витісненої води дорівнює вазі самої риби. Якщо риба опускається нижче, то зовнішній тиск води стискає її тіло і повітряний міхурець зменшує об’єм (а при зменшенні об’єму сила Архімеда буде зменшуватись і риба буде упускатись вниз.) При підйомі на поверхню об’єм міхурця – збільшується, отже збільшується F_а, що виштовхує рибу наверх. Таким чином повітряний  міхур забезпечує розташування риби на певній глибині.

Чому птахи не тонуть, а плавають на воді?

Значну роль у тому, що  лебеді, гуси, качки дуже мало занурюються у воду відіграє товстий шар пір’я і пуху, в якому міститься багато повітря. Цей товстий шар не пропускає воду і має дуже малу густину. За рахунок цього середня густина птиці значно менша від густини води.

2. Гавань історична.  

Першими спробами людей пересовуватись по воді – це були уламки дерев. Пізніше з’явились плоти та човни з видовбаним поглибленням, в якому розташовувалась людина. Потім приблизно за 3000 років до нашої ери з’явились вітрило. перші вітрила виготовляли зі шкур тварин.                          

Згодом людина застосовувала для переміщення лодки виготовленні як з дерева так і з заліза. Хитрість заключалася в тому, що корпус лодки який занурюється у воду, роблять об’ємним, а  всередині лодки є великі порожнини, заповнені повітрям, які сильно зменшують щільність лодки. Обсяг води що витісняється збільшується, що збільшує F_А. Цю властивість використовують у судноплавстві.

Але в кораблі використовували не тільки для перевезень і торгівлі, але й для наукових досліджень, відкриття нових земель

 -  Що ви пригадаєте про географічні відкриття , пов 'язані з суднами ?

Сучасні кораблі це надзвичайно великі споруди які добре тримаються на воді.  Пластинка з жерсті або фольги тоне у воді. Але, якщо додати фользі форму коробки (або кораблика), то коробка буде плавати. Це явище лежить в основі будови сучасних судів, для виготовлення яких використовуються різні матеріали. Корпус корабля звичайно роблять зі сталевих листів, всі внутрішні кріплення, що надають судам міцність, також виготовляють із металів.

 На спорудження судів ідуть десятки інших матеріалів, що мають, порівняно з водою, як більшу, так і меншу густину. Але за рахунок того, що об’єм судна досить великий, його середня густина менше густини води. Завдяки цьому й виникає більша виштовхувальна сила.

Відео 3: Чому кораблі плавають

Осадка - глибина занурення судна на певну глибину.  Ватерлінія (з голланд. ватер - вода) - найбільш допустима осадка, яку позначають на корпусі судна червоною лінією. За висотою ватерлінії над поверхнею води завжди можна визначити, завантажене судно чи йде порожняком.

Також на суднах роблять інші позначки, наприклад визначають рівень занурення судна в різних морях і океанах (в різних місцях Світового океану густина води різна) та залежно від пори року (густина води залежить ще й від температури води, бо влітку густина менша, ніж узимку). 

Масу води, що витісняється повністю завантаженим кораблем, називають водотонажністю судна.

Водотонажність судна збігається з його власною масою (разом з вантажем) і звичайно виражається в тонах. Наприклад, водотонажність танкера-гіганта становить більше 640 тис. тон.

 Водотонажність океанського пасажирського лайнера — десятки тисяч тон, а невеликої яхти — кілька тон.

Вантажопідйомність судна дорівнює різниці між водотонажністю судна й масою цього судна без вантажу. Вантажопідйомність показує вага вантажу, перевезеного судном.

 3. Гавань пригодницька.

Густина людини співрозмірна з густиною води, тому людина також може перебувати під водою. Для тривалого перебування вона використовує підводні апарати: водолазні костюми, батисфери та батискафи.

Водолазні костюми мають масу до і більше 50 кг (їх підошви роблять свинцевими, щоб збільшити вагу водолаза і надати йому більшої стійкості під час роботи у воді), завдяки значному об'єму костюма (виштовхувальна сила води зрівноважує майже всю його вагу), водолаз має можливість вільно пересуватися у воді, а користуючись аквалангом (його винайшов відомий дослідник морських глибин французький учений Жак-Ів Кусто), людина може довго перебувати у воді й вільно плавати.

Батисфера (з грец. батис - глибокий і сфера) - це дуже міцна сталева куля з ілюмінаторами (вікнами) з товстого скла, її опускають на сталевому тросі, усередині кулі перебувають дослідники для досліджень морів і океанів, які підтримують зв'язок з кораблем.

Батискаф (з грец. батис - глибокий; скафос - судно) не утримується на тросі, адже має власний двигун і може вільно переміщатися на великих глибинах (до 11 км) у будь-яких напрямах.

4. Гавань повітряна.  Двісті років назад маленьке французьке містечко стало відоме всьому світу. Там було запущено першу повітряну кулю! Придумали цей винахід – брати Монгольфье.

    5 травня 1783 року посередині площі на стовпах висить величезна повітряна куля. Внизу зроблено великий отвір, під яким знаходиться жаровня з гарячим вугіллям.  Нагріте повітря в кулі збільшило її об’єм, вона стала легшою і піднялась вверх, а незабаром зникла в хмарах. Пізніше на зміну повітряним кулям прийшли дирижаблі, рухом яких можна керувати. Застосовуються повітряні кулі та дирижаблі для дослідження верхніх шарів атмосфери, для метеорологічних прогнозів, перевезення вантажів, установки опорних ліній електропередачі.

Відео 4: Повітряна куля

5.Небезпечна гавань. Ви знаєте, що Антарктида вкрита товстим шаром льоду, від якого відриваються великі уламки – айсберги. А чим небезпечні айсберги?

Подивіться на рисунок: гарне явище — айсберг, що плаває в океані. Однак чи знаєте ви, що нашим очам з’являється лише 1/10 частина всього айсберга, а 9/10 — сховані водою.

 У зв'язку з тим, що густина льоду дорівнює 920 кг/м³, а морської води приблизно 1025 кг/м³, зазвичай біля 90% об'єму айсбергу знаходиться під водою, тому її важко уявити, від чого й пішов вираз «верхівка айсбергу», який означає труднощі або проблеми, які є частиною набагато більшої біди.

Айсберг може легко пошкодити металевий корпус судна. Течіями вони заносяться на морські шляхи і являють собою небезпеку для судноплавства. Найвідомішим випадком фатального пошкодження айсбергом корпусу судна є випадок з пасажирським судном «Титанік» 14 квітня 1912 року.

V. Підсумки уроку.

Рефлексія:

Жив на півдні Китаю Мудрець. Ішли до нього люди за порадою, і слава про його розум сягала далеко за межі країни. Та почув він, що на сході  є інший,  і люди почали топтати стежку до нього.  Тож задумав він повернути собі славу. Упіймав метелика і вирішив спитати: «У мене в руках живе чи мертве?» Якщо той скаже живе – то стисну долоні, а якщо скаже мертве – то розіжму і метелик полетить . Зустрілися вони,  а він і питає : « Живе чи мертве?»

• «Усе в твоїх руках» - відповів той.

Так і у вас діти ,  все у ваших руках. Тож борітеся за знання і поборите!

VI. Домашнє завдання.

1. Вивчити параграфи  §31, №266, №263 розв’язати
2. Пояснити фізичний зміст прислів’я: 
   а) «Як камінь у воду»
   б)  Великому кораблю – велике плавання.