Плавающие игрушки и архимедова сила
Если погрузить в воду мячик и отпустить, то мы увидим, как он тут же всплывет. То же самое происходит и с другими телами (пробкой, щепкой). Какая сила заставляет их всплывать?
Когда тело погружают в воду, на него со всех сторон действуют силы давления воды. В каждой точке тела эти силы направлены перпендикулярно его поверхности. На разных глубинах гидростатическое давление различно: оно возрастает с глубиной. Поэтому силы давления, приложенные к нижним участкам тела, оказываются больше сил давления, действующих на тело сверху. Преобладающие силы давления действуют в направлении снизу вверх. Это и заставляет тело всплывать. Поскольку эта сила направлена вверх, ее называют выталкивающей силой. Есть у нее и другое название – архимедова сила (по имени Архимеда, который впервые указал на ее существование и установил, от чего она зависит).
Но если на любое тело, погруженное в жидкость, действует архимедова сила, почему же тогда тонет камень или гвоздь?
Мы знаем, что на любое тело, находящееся в жидкости, действуют две силы: сила тяжести Fт, направленная вертикально вниз, и архимедова сила FА, направленная вертикально вверх. Если эти силы равны, то тело будет находиться в равновесии: Fт= FА. Это равенство выражает условие плавания тел: чтобы тело плавало, необходимо, чтобы действующая на него сила тяжести уравновешивалась архимедовой силой.
Преобразуем равенство и запишем условие плавания тел в иной форме: ρV=ρж Vж. Из полученного соотношения можно сделать следующие выводы:
|
|
|
❖ чтобы тело плавало полностью погруженным в жидкость, необходимо, чтобы плотность тела была равна плотности жидкости;
❖ чтобы тело плавало частично выступая над водой, необходимо, чтобы плотность тела была меньше плотности жидкости;
❖ при ρ>ρж плавание тела невозможно, так как в этом случае сила тяжести превышает архимедову силу, и тело тонет.
Если вы не умеете плавать, вам на помощь придут надувные резиновые игрушки. Эти игрушки обладают большой подъемной силой, потому что действующая на них сила тяжести намного меньше выталкивающей силы (рис. 5).
Итак, законы плавания тел всегда учитываются при изготовлении игрушек, поэтому они и сами плавают на воде, и нам помогают плавать [5].
Цетр тяжести
Почему нельзя положить неваляшку.
В русском фольклоре эту игрушку иногда называют «Ванька-встанька».
Хорошо известен принцип действия популярной детской игрушки-«неваляшки» — эффект возвращения в одно и то же состояние достигается за счёт смещения центра тяжести (рис. 6). Благодаря этому у неё есть только одно положение устойчивого равновесия (на основании) и только одно положение неустойчивого равновесия (на голове).
|
|
|
У каждого предмета есть центр тяжести.
"Центром тяжести каждого тела является некоторая расположенная внутри него точка - такая, что если за неё мысленно подвесить тело, то оно остается в покое и сохраняет первоначальное положение. " ( Архимед)
Так, например, можно определить центр тяжести плоской фигуры:
Стоящий предмет (тело на опоре), не опрокидывается, если вертикаль, проведенная через центр тяжести, пересекает площадь опоры тела.
Падающая башня в итальянском городе Пиза не падает, несмотря на свой наклон, т. к. отвесная линия, проведенная из центра тяжести, не выходит за пределы основания.
Если сделать в спичечной коробке двойное дно и спрятать туда маленький грузик (получим тело со смещенным центром тяжести), то можно с этим коробком показать фокус. Показать зрителям, что коробок “пуст”, и сдвинуть грузик к одному краю коробка. Установить коробок на край стола так, чтобы большая часть его свешивалась.
Почти весь коробок висит в воздухе, но не падает со стола! Если не знать о грузике, то кажется, что центр тяжести коробка уже не проецируется на площадь опоры, и коробок просто обязан по всем законам физики упасть. Однако, нет!
|
|
|
У неваляшки внутреннее устройство таково, что создает смещенный вниз центр тяжести. Поэтому такое положение равновесия является устойчивым: центр тяжести корпуса неваляшки и точка её опоры лежат на вертикали, причем расстояние между центром тяжести и точкой опоры, всегда наименьшее.
Самая простая неваляшка представляет собой круглый полый корпус, внутри которого в нижней части закреплен груз. В результате получается объемная фигура со смещенным относительно геометрического центра центром тяжести.
Обычный полый шар обладает безразличным равновесием: как бы его не положили, он будет находиться в состоянии покоя, т. к. центр тяжести такого тела всегда равноудален от точки опоры.
А полый шар со смещенным центром тяжести будет стремиться занять положение, при котором центр тяжести будет наиболее приближен к точке опоры. Тогда такой шар окажется в единственном для него положении устойчивого равновесия [6].
2.3 Устройство и какой закон лежит в принципе действия современной игрушки спиннер:
Это краткая сводная таблица , которая показывает в каких игрушках, лежит тот или иной физический закон. Мы остановимся на таком, физическом явление как трение, именно благодаря ему работает и радует детей и взрослых, такая современная игрушка как спиннер.
|
|
|
Спиннер! Кто изобрёл этот объект материальной культуры?
Спиннер постепенно захватывает все новостные ленты всех стран своей популярность. Его покупают абсолютно все — дети от 4-5 лет и взрослые. Спиннер продается почти на каждом шагу: в магазинах, в интернете, ваши друзья пытаются вам его продать. Но мало кто задумывается о том, как работает спиннер.(рис.7)
Для многих это просто игрушка с разными дизайнами, формами и цветами, а для кого-то это полноценный механизм. Многие обладатели спиннера задаются вопросом его ускорения и улучшения технических характеристик, не зная, как он работает. Мы вам расскажем!
Его прототипы появились в глубокой древности. Конечно, они отличались от современных игрушек, но суть была та же: некий предмет вертелся, благодаря чему сохранял устойчивость на одной точке опоры. Самые известные примеры — волчок и юла.
«Малайзийские дети, запуская деревянные волчки в очерченный на земле круг, выбирают победителем игрока, чей волчок остановится позже всех. В аргентинской игре The longest spin (самое длинное вращение) дети соревнуются в длительности вращения нескольких одновременно запущенных волчков».
Матушка-эволюция придумала всё раньше человека. Нам лишь остаётся копировать её великие изобретения.
Это клён остролистный. Обращали внимание на его плоды? Они отдалённо напоминают наш спиннер с двумя лопастями. Падая с дерева, плод начинает вращаться. Возникают сложные аэродинамические эффекты, подобные тем, что позволяют самолётам и вертолётам держаться в воздухе.
«Спиннер» от английского to spin. Это значит «крутить, вертеть». Сходный корень имеет и слово «шпиндель» — вал, который может вращаться в разные стороны. Происходит от немецкого Spindel — веретено.
Каковы законы, которым подчиняется игрушка? Итак, ключевые слова: прецессия, гироскопический эффект, закон сохранения импульса, угловая скорость, центробежная сила. Спиннер — это частный случай гироскопа, подобно юле или волчку. Как и в гироскопе, его ось очень устойчива к внешним воздействиям, что позволяет доказать вращение Земли. Если поместить спиннер, как гироскоп, в подвес и раскрутить, Земля будет под ним вращаться, а он сам понемногу поворачиваться. Правда, спиннер слишком быстро перестаёт крутиться, чтобы мы могли заметить этот эффект, тут требуется хотя бы полчаса вращений.(рис.8)
Вы, наверное, замечали, что, когда вращаешь раскрученный спиннер в руке, он пытается повернуться в другую сторону. Это тоже свойство гироскопа, называется прецессия. При наклоне оси вращения плоскость вращения гироскопа начинает поворачиваться.
Начнём с самого простого. Берём в руки спиннер, начинаем крутить, а точнее, сообщаем этому телу момент импульса. Засекаем время — сколько у кого прокрутится. Говорят, мировой рекорд больше десяти минут. Это много, но рано или поздно спиннер всё равно останавливается. Почему?
— Там где-то трение.
Сила трения — это сила взаимодействия между соприкасающимися телами, препятствующая перемещению одного тела относительно другого .
Трение бывает разных видов:
Ø трение покоя возникает между двумя контактирующими телами и препятствует их движению друг относительно друга.
Ø трение скольжения, которое тоже возникает между соприкасающимися телами, но при их движении друг относительно друга. Её определяют: материалы трущихся поверхностей и сила давления тел друг на друга.
Ø трение качения: возникает, когда одно из тел перемещается вдоль другого, вращаясь вокруг своей оси.
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 28; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!