Проектно-дослідницька робота з фізики «Архімедова сила», Контент-платформа
Муніципальний загальноосвітній заклад
«Середня загальноосвітня школа №5»
Ім'я Воїнів 100 та 101 окремих стрілецьких бригад
Проектно-дослідницькароботаз фізики
3. «Прояви Архімедової сили»………………………………стор. 5-13
4.Роль виштовхувальної сили у житті живих организмов……………стр. 13-14
- визначення характеристик, яких залежить виштовхувальна сила;
- з'ясування значення існування сили, що виштовхує, для живої природи.
Завдання проектно-дослідницької роботи:
- якими способами можна визначити силу, що виштовхує;
- залежність сили, що виштовхує, від об'єму тіла і щільності рідини;
- роль архімедової сили у живій природі.
Пронаблюдатььпрояви сили, що виштовхує.
(На прикладах різних дослідів)
- презентація (навчальний посібник для проведення уроків фізики у 7 класі).
Необхідне обладнання: ПК з виходом в Інтернет, лабораторне обладнання (мензурка, 3-4 тіла, таблиця щільностей, 2-3 посудини з різними рідинами: водою, олією).
Циклограма проектно-дослідницької роботи
Проектно-дослідницька робота «Архімедова сила».
Основна проблема, компоненти якої потребують вирішення
Практично значущий матеріальний
Висунення гіпотез – шляхів вирішення проблеми
Планування діяльності з реалізації проекту
Вибір форми презентації
Самооцінка та самоаналіз
Формулювання спільно з керівником теми, проблеми,гіпотези роботи).
Складання розгорнутого плану работы.
Підготовка чистого варіанта складання.
Підготовка виступу та електронної презентації на шкільну н/практичну конференцію.
Моря та Пустелі. Земля та Місяць.
Природа складна, але Природа одна.
Закони Природи єдині.
Пливуть як по небу
Але камінь у воді не пливе як колода,
І каменем колода не йде на дно.
Багато тисячоліття людина запитувала себе: «Чому люди не літають?» Необхідність долати водні та повітряні перепони привели до нових винаходів людиною. Екскурсія до царства Архімеда надає дивовижну можливість розкрити таємниці водного та повітряного світу. Самостійно здобуті знання – безцінні. Кожен проявляє себе як фізик-експериментатор, відчуваючи радість першовідкривача. Уявіть собі, що ви робите подорож на повітряній кулі. Через деякий час куля починає опускатися. Чому це відбувається? Корабель, на якому ви подорожуєте, зазнав корабельної аварії. Що вам необхідно мати при собі, щоби не загинути? Чому людина та тварини можуть довго плавати на поверхні води? Завдяки чому людина може змінювати глибину занурення у воді? На ці та багато інших питань ми спробуємо відповісти під час роботи над проектом. Не завжди задовольняє те, що відповідь на поставлене запитання є у підручнику. З'являється потреба отримати цю відповідь із життєвого досвіду, спостережень за навколишньою дійсністю, з результатів власних експериментів, які дозволяють розширити знання з цієї теми, готувати і самостійно демонструвати досліди, пояснювати їх результати.
Вода – самепоширена землі речовина. Нею заповнені океани, моря, озера та річки; пари води входять до складу повітря. Вода міститься в організмах тварин та рослин. Так, наприклад, в організмі ссавців масова частка води становить приблизно 70%. Якщо всю воду Землі розподілити рівномірним шаром її поверхні, то утворився б Світовий океан глибиною 4 км.
Океани та моря, озера та річки сповнені мешканцями підводного світу. Як вода діє на них? Чому водні тварини не потребують масивних скелетів? А водяні рослини завжди зберігають вертикальне положення?
Чому під водою ми можемо легко підняти камінь, який важко піднімаємо в повітрі? Чому водоплавні птахи мало занурюються у воду? Чому людина може довгий час перебувати на поверхні води?
На ці та багато інших питань я спробував відповісти під час реалізації своєї проектно-дослідницької роботи.
Великий математик і фізик давнини Архімед (287 – 212 рр. до н. е.) народився у місті Сіракузи в Сицилії. Якийсь час навчався в Єгипті, в Олександрії. Більшу частину життя провів у рідному місті Сіракузи. Де й був убитий під час захоплення міста воїнами Марцелла під час Другої Пунічної війни.
Роботи Архімеда з фізики належать передусім до механіки. Ще під час навчання в Олександрії Архімед винайшов пристрій для підйому води з колодязя, названий нащадками "Архімедовим гвинтом".
Йому належать фундаментальні теореми про центр тяжкості плоских фігур та об'ємних тіл. Він сформулював закони важеля. Відоме відкриття Архімеда - теорема про вагу тіла, зануреного в рідину (закон Архімеда).
Безсумнівно, Архімед (близько 287—212 до зв. е.) — найгеніальніший учений Стародавню Грецію. Він стоїть в одномупоряд з Ньютоном, Гауссом, Ейлером, Лобачевським та іншими найбільшими математиками всіх часів. Його праці присвячені як математиці. Він зробив чудові відкриття у механіці, добре знав астрономію, оптику, гідравліку і був справді легендарною особистістю. Син астронома Фідія, який написав твір про діаметри Сонця та Місяця, Архімед народився і жив у грецькому місті Сіракузи на Сицилії. Він був наближений до двору царя Гієрона II та його сина-спадкоємця. Добре відома розповідь про жертовний вінець Гієрона. Архімеду доручили перевірити чесність ювеліра і визначити, чи зроблено вінець із чистого золота або з домішками інших металів і чи немає всередині нього порожнеч. Якось, міркуючи про це, Архімед поринув у ванну, і помітив, що витіснена його тілом вода пролилася через край. Геніального вченого відразу осяяла яскрава ідея, і з криком "Еврика, еврика!" він, як був голий, кинувся проводити експеримент (Додаток 2). Ідея Архімеда дуже проста. Тіло, занурене у воду, витісняє стільки рідини, яким є об'єм самого тіла. Помістивши вінець у циліндричну посудину з водою, можна визначити, яку кількість рідини він витіснить, тобто дізнатися його об'єм. А знаючи обсяг і зваживши вінець, легко обчислити питому масу. Це й дасть змогу встановити істину: адже золото — дуже важкий метал, а легші домішки, і тим більше порожнечі, зменшують питому вагу виробу. Але Архімед на цьому не зупинився. У праці “Про плаваючі тіла” він сформулював закон, який свідчить: “Тіло, занурене в рідину, втрачає у своїй вазі стільки, яка вага витісненої рідини” . Закон Архімеда є (поряд з іншими, пізніше відкритими фактами) основою гідравліки - науки, що вивчає закони руху та рівноваги рідин. Саме цей закон пояснює, чому сталева куля (без порожнеч) тоне у воді,тоді як дерев'яне тіло виринає. У першому випадку вага витісненої води менше ваги самої кулі, тобто архімедова "виштовхує" сила недостатня для того, щоб утримати його на поверхні. А важко завантажений корабель, корпус якого виготовлений з металу, не тоне, занурюючись лише до так званої ватерлінії. Оскільки всередині корпусу корабля багато простору, заповненого повітрям, середня питома маса судна менше щільності води і сила, що виштовхує, утримує його на плаву. Закон Архімеда пояснює також, чому повітряна куля, заповнена теплим повітрям або газом, який легший за повітря (водень, гелієм), відлітає вгору. Знання гідравліки дозволило Архімеду винайти гвинтовий насос для викачування води. Такий насос (кохля) донедавна застосовувався на іспанських та мексиканських срібних копальнях. З курсу фізики всім знайоме Архімедове правило важеля. Згідно з переказом, вчений промовив крилату фразу: "Дайте мені точку опори, і я підніму Землю!" . Звичайно, Архімед мав на увазі застосування важеля, але він був дещо самовпевнений: крім точки опори йому знадобився б і зовсім фантастичний важіль - неймовірно довгий і при цьому непохитний стрижень. Достовірні факти та численні легенди говорять про те, що Архімед винайшов чимало цікавих машин та пристроїв.
Залежність тиску в рідині або газі від глибини занурення тіла призводить до появи сили, що виштовхує /або інакше сили Архімеда /, що діє на будь-яке тіло, занурене в рідину або газ.
 |
«Прояви Архімедової сили.»
Існуванням сили, що виштовхує, можуть бути пояснені багато явищ, з якими ми зустрічаємося в повсякденному житті. Особливо мене зацікавили цікаві досліди. Я провівДосліди, які можна пояснити існуванням архімедової сили.
Я взяв три кульки однакової величини. Один сталевий, інший із парафіну, третій із пробки. Взяв баночку, налив у неї води приблизно до половини. Опустив туди всі три кульки. Сталева кулька потонула, впала на дно: адже сталь важча за воду. А парафіновий та пробковий плавали на поверхні. Потім у баночку долив олію. Олія легша за воду і розташується зверху. Поверхня розділу буде добре видно. І на цій поверхні виявиться кулька з парафіну. Нижня частина його буде у воді, верхня – у маслі. Пробковий знаходиться на поверхні олії. Три кульки займають три різні «поверхи».
Парафінова кулька не спливе на самий верх тому, що парафін хоч і легший за воду, але важчий за олію. А ось пробкова кулька і в олії плаває.
Досвід №2. «Яйце в солоній воді»
Виясняєповедінка яйця в залежності від щільності води, порівняння сили тяжкості та виштовхувальної сили при різних положеннях яйця в рідині
Я взяв дві скляні літрові банки і одну з них наповнив чистої води. Опустив у неї сире яйце. Воно потонуло, пішло на дно. У другу банку налив міцного розчину кухонної солі. На півлітра води достатньо двох столових ложок солі, щоби яйце плавало.
Потім узяв третю літрову банку. Переклала в неї яйце та підливала по черзі воду з обох маленьких банок. Мені вдалося отримати такий розчин, в якому яйце не спливало на поверхню, але й на дно не пішло. Воно тримається серед розчину, як підвішене.
Пояснення: У першому випадку щільність яйця більша за щільність води і тому яйце потонуло. У другому випадку щільність солоної води більша за щільність яйця, тому яйце плаває на поверхні. В третьомуУ разі щільності майже однакові, тому яйце знаходиться всередині рідини.
 |  |
У слабосоленій воді У солоній воді
Досвід №3: «Досвід з картоплею»
Вирізати невелику кульку з м'якоті сирої картоплини. Підливайте у воду поступово насиченого розчину чистої кухонної солі і злегка перемішуйте. Досягніть спочатку того, щоб кулька трималася в рівновазі в середині склянки або пробірки, а потім того, щоб вона спливла до поверхні води.
 |  |
- Дослідити поведінку картоплі у рідинах різного роду.
- Довести, що значення сили, що виштовхує, залежить від щільності рідини.
1.Взяти одну картоплину та рідини різного роду:
- вода, насичена сіллю,
2.Визначити силу тяжкості, що діє на картоплину в повітрі та рідинах різного роду по черзі.
- Сила тяжіння, що діє на картопля в повітрі, виявилася більшою, ніж у рідині.
- Сила тяжіння, що діє на картоплю в рідинах різного роду виявилася різною (чим більша щільність рідини,тим сила тяжіння менша)
Щільність рідини, кг/м3
Сила тяжіння, що діє на тіло в повітрі,
Сила тяжіння, що діє на тіло в рідині, Н