Фізика
7
Авторка: Гаркуша Олена Михайлівна, учителька фізики та астрономії Опорного закладу освіти «Новозаліський ліцей» Бородянської селищної ради Київської області
Судноплавство �та повітроплавання
Влучний вислів
Фізика. 7 клас
2
Прочитайте вислови про плавання тіл. Виберіть вислів, �який є правильним і найкраще відбиває вашу думку із цієї теми.
Пригадаємо
3
Виконайте тестові завдання.
1 | На тіло, занурене в рідину �або газ, діє... |
А. … сила тяжіння. Б. … виштовхувальна сила. В. … сила тертя. | |
2 | Куди напрямлена сила Архимеда? |
А. Вертикально вгору Б. Вертикально вниз В. Горизонтально вліво | |
3 | Виберіть формулу для знаходження архимедової сили. |
А. Б. В. | |
Пригадаємо
Фізика. 7 клас
4
Виконайте тестові завдання.
4 | За якої умови тіло плаває всередині рідини? |
А. Б. В. | |
5 | За якої умови тіло тоне �в рідині? |
А. Б. В. | |
Пригадаємо
Фізика. 7 клас
5
Виконайте тестові завдання.
6 | За якої умови тіло починає спливати в рідині? |
А. Б. В. | |
7 | У посудину налита рідина — соняшникова олія. У неї кинули тіло, виготовлене з парафіну. Що станеться із цим тілом? |
А. Плаватиме всередині рідини Б. Спливе В. Потоне | |
Пригадаємо
Фізика. 7 клас
6
Виконайте тестові завдання.
Перевірте себе
Фізика. 7 клас
7
7
Урок 65
Судноплавство �та повітроплавання
Проблемне питання
Фізика. 7 клас
8
Якщо відпустити шматок нейлонової тканини, він почне падати, �але повітряні кулі, виготовлені �із цієї тканини, не лише здіймаються вгору, а й піднімають вантаж.
Сталевий брусок у воді тоне, проте судна, зроблені зі сталі, плавають.
З’ясуймо!
Чому судна плавають?
Фізика. 7 клас
9
Металева пластинка тоне у воді. Але якщо з пластинки зробити човник і покласти його на поверхню води, він плаватиме.
Чому?
Чому судна плавають?
10
Річ у тім, що всередині човника є повітря. Якщо розрахувати середню густину човника, то отримаємо значення, яке набагато менше від густини води:
Конструкція будь-якого судна передбачає наявність усередині нього повітря, тому судна плавають на поверхні води, занурюючись �на порівняно невелику частину свого об’єму.
Чому судна плавають?
Фізика. 7 клас
11
Сталевий брусок тоне
Судно плаває на поверхні
У чому різниця між водотоннажністю �та вантажністю судна?
12
Щойно архимедова сила зрівноважить силу тяжіння, судно перестає занурюватися: .
Що таке осадка судна?
Фізика. 7 клас
13
Осадка судна змінюється залежно від навантаження судна �та води, у якій воно перебуває — річковій або морській.�Очевидно, що судно не можна перевантажувати.
!
Глибину, на яку занурюється судно, називають осадкою.
Для чого на корпусі судна креслять ватерлінію?
Фізика. 7 клас
14
Коли судно повністю навантажене, то воно занурене �у воду нарівні з ватерлінією.
!
Ватерлінія — це позначка на корпусі судна, яка вказує �на максимально допустиму осадку, за якої плавання залишається безпечним.
У чому різниця між водотоннажністю �та вантажністю судна?
Фізика. 7 клас
15
Поміркуйте, чому небезпечним є плавання судна, зануреного �як нижче від ватерлінії, так і вище за ватерлінію.
?
Вагу води, яку витісняє судно, занурене до ватерлінії, тобто значення архимедової сили, що діє на повністю навантажене судно, називають повною водотоннажністю судна.
У чому різниця між водотоннажністю �та вантажністю судна?
Фізика. 7 клас
16
Найбільші судна (танкери для нафти) мають повну водотоннажність до �5 млн кН, тобто їх маса з вантажем сягає 500 000 т.
Якщо з повної водотоннажності виключити �вагу самого судна, то отримаємо максимальну вагу вантажу, який може взяти на борт це судно, тобто визначимо вантажність судна.
Вантажність судна — максимальна вага вантажу, який судно може взяти на борт, — це різниця між повною водотоннажністю судна та його вагою.
Вантажна марка
Фізика 7 клас
17
Вантажна марка — система знаків на бортах судна, що визначає допустиму осадку для різних районів та умов плавання. Вантажна марка визначає рівень, до якого судно може бути безпечно навантажене.
Символ | Розшифрування | Позначення |
TF | Tropical Fresh Water | Прісна вода в тропіках |
F | Fresh Water | Прісна вода |
T | Tropical Seawater | Морська вода в тропіках |
S | Summer Seawater | Літня морська вода |
W | Winter Seawater | Зимова морська вода |
WNA | Winter North Atlantic | Зимова північноатлантична вода |
Морські порти України
Фізика. 7 клас
18
Україна — морська держава. Судна багатьох країн світу користуються українськими морськими та річковими портами.
Найбільші українські порти:
Пригадайте
Фізика. 7 клас
19
Використовується система баластних цистерн.
Під час занурення баластні цистерни заповнюються водою.
Для спливання баластні цистерни продуваються стисненим повітрям, який витісняє воду.
резервуар стисненого повітря
Як рухається підводний човен?
Порівняйте середню густину підводного човна з густиною води �під час занурення; під час спливання; під час плавання в товщі води.
?
баластна цистерна
клапан
Дослідження
Фізика. 7 клас
20
Що знадобиться: тазик із водою; пластилін; пісок (сіль) або набір дрібних предметів однакового розміру, густина яких більша �за густину води (однакові монети тощо).
Виготовте з пластиліну човник �і запустіть його в плавання.
Послідовно навантажуючи човник, визначте його вантажність.
Запишіть результат у відповідних одиницях (наприклад: вантажність човника дорівнює вазі 3 ложок піску �або вазі 5 монет по 1 грн).
Як людству вдалося втілити мрію про політ?
Фізика. 7 клас
21
Середня густина повітряної кулі менша від густини повітря, �що оточує кулю, тому виштовхувальна сила більша �за силу тяжіння — куля підіймається.
Піднімальна сила повітряної кулі — це різниця між архимедовою силою та силою тяжіння, які діють на кулю:
Як людству вдалося втілити мрію про політ?
Фізика. 7 клас
22
Повітряні кулі, наповнені легким газом (переважно гелієм), називають шарльєрами.
Кулі, наповнені гарячим повітрям, називають монгольф’єрами.
Як людству вдалося втілити мрію про політ?
Фізика. 7 клас
23
Оскільки густина повітря з висотою зменшується, повітряні кулі не можуть піднятися на довільну висоту.
Повітряні кулі підіймаються лише до тієї висоти, де густина повітря, що оточує кулю, дорівнює середній густині кулі �з вантажем.
!
Трохи історії
Фізика. 7 клас
24
Першу модель майбутнього аеростата змайстрували брати Монгольф’є з Франції 1782 року. Це була невелика куля із шовковою оболонкою з отвором унизу. �Під отвором вони палили папір, повітря всередині кулі прогрівалось, і модель піднімалася до стелі приміщення, де проводився експеримент.
Перша публічна демонстрація польоту безпілотної повітряної кулі з оболонкою з грубого лляного полотна, обклеєного папером, відбулася 5 червня 1783 року �в Анноне; апарат досяг висоти близько 1800 м.
У другий політ, що відбувся 19 жовтня 1783 року, аеростат відправився з «екіпажем» — бараном, �півнем і качкою.
21 листопада 1783 аеростат з екіпажем із двох людей пролетів над Парижем; це був перший в історії політ людини на літальному апараті.
Застосування
Фізика. 7 клас
25
Повітряні кулі використовують для:
ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО …
Фізика. 7 клас
26
Усього 100 років тому серйозним конкурентом літаків, які зараз домінують �у повітрі, був дирижабль — літальний апарат, що має гвинтовий двигун і корпус, наповнений легким газом.
Проте низка катастроф у 30-х роках минулого століття призвела до програшу дирижабля в конкурентній боротьбі з літаком.
Близько 10 років тому здавалося, що настає відродження дирижабля: Google розпочав проєкт зі створення мережі дирижаблів, які забезпечать інтернетом усе населення Землі. Але знову поразка — цього разу перемогу здобули супутники Starlink.
Тож зараз дирижаблі, незважаючи на безліч переваг, не мають широкого застосування. Їх використовують для перевезень на невеликі відстані вантажів, габарити яких перевищують розміри літака, а також для наукових досліджень, у комерційних і військових цілях.
Учимося розв’язувати задачі
27
Задача 1. Об’єм повітряної кулі дорівнює 400 м³. Куля натягує трос, яким прикріплена до причалу, із силою 800 Н. Після відкріплення троса куля змогла піднятися на певну
висоту. Якою є густина повітря на цій висоті, якщо густина повітря навколо причалу
становить ?
Аналіз фізичної проблеми.
Куля припинила підніматися, тому що на цій висоті її середня густина дорівнює густині повітря.
Щоб визначити середню густину кулі, треба знайти її масу. Масу кулі знайдемо за силою тяжіння, що діє на неї.
Виконаємо пояснювальний рисунок, на якому зобразимо сили, що діяли на кулю на причалі:
— сила тяжіння;
— архимедова сила;
— сила натягу троса.
Прикріплена куля не рухалася, тому ці сили були скомпенсовані.
Задачу розв’язуватимемо в поданих одиницях.
Фізика. 7 клас
28
Дано:
Знайти:
Пошук математичної моделі, розв’язання:
Сили, які діяли на прикріплену до причалу кулю, скомпенсовані, отже:
1. Визначимо архимедову силу, що діяла �на прикріплену до причалу кулю:
Задача 1. Об’єм повітряної кулі дорівнює 400 м³. Куля натягує трос, яким прикріплена до причалу, із силою 800 Н. Після відкріплення троса куля змогла піднятися на певну
висоту. Якою є густина повітря на цій висоті, якщо густина повітря навколо причалу
становить ?
2. Визначимо силу тяжіння, що діє на кулю:
29
Дано:
Знайти:
Пошук математичної моделі, розв’язання:
3. Знаючи силу тяжіння та об'єм кулі, визначимо масу �та середню густину кулі:
Задача 1. Об’єм повітряної кулі дорівнює 400 м³. Куля натягує трос, яким прикріплена до причалу, із силою 800 Н. Після відкріплення троса куля змогла піднятися на певну
висоту. Якою є густина повітря на цій висоті, якщо густина повітря навколо причалу
становить ?
4. Густина повітря на висоті найбільшого �підняття кулі дорівнює середній густині кулі, �тому на цій висоті
Відповідь:
Закріпимо та застосуємо
30
Дано:
Знайти:
Пошук математичної моделі, розв’язання:
Щоб відповісти на питання треба знайти значення сили тяжіння й сили Архимеда та порівняти їх.
Задача 2. Чи буде плавати у воді модель корабля, об’єм якого складає 0,5 дм³, �якщо маса моделі дорівнює 300 г?
Отже, модель корабля плаватиме на поверхні �води, занурившись у воду частково.
Відповідь: модель корабля буде плавати.
Задачу можна розв’язати порівнянням густини тіла і води. Зробіть це вдома.
Закріпимо та застосуємо
Фізика. 7 клас
31
Задача 3. П’ять однакових повітряних кульок наповнені різними газами: воднем, азотом, вуглекислим газом, гелієм і киснем.
Яка з них має найбільшу підіймальну силу?
Аналіз фізичної проблеми.
Водень
Азот
Вуглекислий
газ
Гелій
Кисень
Підіймальна сила — це різниця між виштовхувальною силою та силою тяжіння:
Виштовхувальна сила є однаковою, бо кульки мають однаковий об'єм і перебувають у повітрі. Отже, відповідь визначатиметься тільки значенням сили тяжіння.
Значення сили тяжіння залежить від маси, а маса — �від густини газу в кулі. Що менша густина, то менша �сила тяжіння та більша підіймальна сила.
Закріпимо та застосуємо
Фізика. 7 клас
32
Задача 3. П’ять однакових повітряних кульок наповнені різними газами: воднем, азотом, вуглекислим газом, гелієм і киснем.
Яка з них має найбільшу підіймальну силу?
Скористаємося таблицею та порівняємо густини водню, азоту, вуглекислого газу, гелію та кисню.
Найменшу густину �має водень.
Водень
Азот
Вуглекислий
газ
Гелій
Кисень
Отже, найбільшу підіймальну силу має кулька, наповнена воднем.
Розв’язання
Підбиваємо підсумки
Фізика. 7 клас
33
Дайте відповіді на запитання.
Фізика 7 клас
34
ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
Рефлексія «Три запитання»
Фізика. 7 клас
35
Що нового я дізнався / дізналася?�Запишіть 3–5 ключових фактів або понять, про які ви дізналися під час уроку.
Що мене здивувало або зацікавило найбільше?�Поділиться тим, що найбільше вас вразило чи викликало особливий інтерес.
Які запитання в мене залишилися?�Запишіть 1–2 запитання, на які ви хотіли б отримати відповіді.
Фізика. 7 клас
36
Домашнє завдання
Фізика. 7 клас
37
Список використаних джерел