Фізика. 7 клас. Максимович

§ 27. Умови плавання тіл

Чому риби та підводні човни плавають у товщі води, а не виштовхуються нею на поверхню? Чому великі кораблі, важкі танкери плавають, а невеликі камінці тонуть?

Дізнаймося про...

умови плавання тіл;
плавання живих організмів.

1. Умови плавання тіл

Пригадаємо, які сили діють на занурене у воду тіло (мал. 27.1). Вертикально вниз до центра Землі напрямлена сила тяжіння F_тяж, а вгору — виштовхувальна сила (архімедова сила) F_a.

Мал. 27.1. Тіло плаває

Якщо ці сили між собою чисельно рівні, тобто жодна з них «не перемогла», то тіло буде плавати всередині рідини (мал. 27.2, а):

F_тяж = F_a.

Якщо сила тяжіння більша від виштовхувальної сили, то тіло тоне (мал. 27.2, б):

F_тяж > F_a.

Якщо ж виштовхувальна сила більша від сили тяжіння, то тіло спливає на поверхню води (мал. 27.2, в):

F_тяж < F_a.

Мал. 27.2. Умови плавання тіл

Оскільки сила тяжіння F_тяж = mg = ρ_тgV_т, а сила Архімеда F_a = ρ_рgV_т, то умови плавання тіл можна записати по-іншому (табл. 27.1):

Таблиця 27.1

Умови плавання тіл
Плаває	F_тяж = F_a	ρ_т = ρ_р
Тоне	F_тяж > F_a	ρ_т > ρ_р
Спливає	F_тяж < F_a	ρ_т < ρ_р

2. Плавання живих організмів

Як занурюються та спливають риби? Природа про це потурбувалася. Риби мають плавальний міхур, що виконує декілька функцій, серед яких і регулювання висоти плавання. Міхур може збільшуватися чи зменшуватися за рахунок повітря. Так об’єм риби збільшується чи зменшується, і вона спливає або занурюється (мал. 27.3).

Мал. 27.3. Риби

Водорості мають тонкі й довгі стебла (мал. 27.4). Чому вони не потребують товстіших і міцніших? Під дією архімедової сили стебла водоростей досить стійко зберігають вертикальне положення, тому міцність стебла неважлива.

Мал. 27.4. Водорості

Молюск наутилус плаває завдяки здатності змінювати об’єм внутрішніх порожнин у своєму організмі (мал. 27.5).

Мал. 27.5. Молюск наутилус

Повітряна оболонка на черевці дає змогу водяному павуку підніматися з глибини на поверхню (мал. 27.6).

Мал. 27.6. Водяний павук

Поміркуйте і дайте відповідь

1. Чи діє виштовхувальна сила на камінці, які ми кидаємо у воду? Чому вони тонуть?

2. У посудину налили три рідини, що не змішуються: воду, гас і ртуть. У якому порядку вони розташовані?

3. Приклад розв’язування задачі

Задача. Крижина площею 2 м² і товщиною 20 см плаває в озері. Чи зможе вона втримати зайця масою 6 кг?

Запам’ятайте

Тіло плаває всередині рідини (у газі), якщо густина тіла дорівнює густині рідини (газу).

Тіло, занурене у рідину (газ), тоне, якщо густина тіла більша від густини рідини (газу).

Тіло спливає, якщо густина тіла менша від густини рідини (газу).

Перевірте себе

1. Чому айсберг плаває, занурившись у воду майже повністю?

2. Чи може тіло в одній рідині тонути, а в іншій плавати?

3. Чому не можна гасити палаючі нафтопродукти водою?

4. Чи потоне дубова колода об’ємом 0,2 м³ у воді?

5. У місті Солотвино Закарпатської області є дуже солоне озеро Кунігунда (мал. 27.7). Його ще називають мертве озеро. Густина води у ньому становить 1,2 г/см³. Визначте вагу людини масою 70 кг, що плаває у цьому озері. Об’єм тіла людини — 58 дм³.

Мал. 27.7. Озеро Кунігунда

Обдумайте, змоделюйте, зробіть...

Складіть власний алгоритм дій для перевірки умов плавання тіл на прикладі моделі плота. На плоті потрібно перевезти міні-іграшкових тварин через водойму. Для цього використайте широку посудину з водою, однакові олівці, лінійку, скотч та дитячі іграшки-звірятка.

Дотримуйтеся правил безпеки під час роботи!

Словник фізичних термінів (для пошуку інформації в англомовних джерелах)