Простейшие плавательные средства, например плоты, держатся на поверхности, потому что сделаны из материала менее плотного и более легкого, чем вода. Тяжелые корабли сохраняют плавучесть, потому что их выталкивает на поверхность вода, в которой они, осев, находятся. То, что «подпирает» суда и не дает им утонуть, называется «выталкивающей силой воды». В первом из экспериментов мы увидим, что объект останется на поверхности, если выталкивающая сила воды, направленная снизу вверх, превышает его собственный вес, давящий сверху вниз. Если положить на поверхность воды какой-нибудь предмет и ничего другого с ним не делать, то он начнет погружаться, выталкивая часть объема жидкости. Чем глубже станет погружаться такой объект, тем больше воды он будет вытеснять и тем заметнее будет действие выталкивающей силы. Как только выталкивающая сила станет равной весу объекта, он обретет плавучесть.
Во втором эксперименте нас будет интересовать, что может происходить с пустым корпусом корабля. Возьмите, например, небольшой полый мячик и втолкните его в воду — он немедленно выскочит на поверхность. Выталкивающая сила воды позволяет пустому корпусу аналогичным образом держаться на поверхности. К тому же чем выше плотность воды, тем больше выталкивающая сила. Вот почему в соленой воде осадка кораблей немного меньше, чем в речной.
Разная плотность воды
Плотность воды измеряют гидрометром. Вы можете сделать такой прибор, прикрепив комочек пластилина к концу соломинки. Опустите его в стакан с водой и отметьте уровень погружения скотчем. Затем опустите его в стакан с таким же объемом соленой воды. Что вы наблюдаете?
Исследуем выталкивающую силу
Вам понадобится:
Исследуем выталкивающую силу: два куска пенопласта (один вдвое больше другого); резервуар с водой; деревянные кубики; кусочек мрамора.
Поместите несколько кусков пенопласта в большой резервуар с водой. Они отлично плавают, потому что сделаны из легкого материала. Чтобы держать их на поверхности, требуется небольшая выталкивающая сила.
Попробуйте, нажав на пенопласт сверху, погрузить в воду полностью. Уровень воды в резервуаре повысится. Чувствуете, как выталкивающая сила воды стремится выдавить куски пенопласта обратно на поверхность? При этом больший по размерам кусок вызывает более заметное действие выталкивающей силы.
Деревянный кубик погружается в воду глубже, потому что дерево плотнее (тяжелее) пенопласта. А вот мрамор тонет, потому что выталкивающая сила воды не может преодолеть его вес.
Пустой корпус
Вам понадобится:
Пустой корпус: ножницы; фольга; линейка; резервуар с водой; бумажное полотенце; кусочек мрамора.
Положите лист фольги 15 х 20 см на поверхность воды. Стоит лишь немного надавить на него, как он опустится на дно. Причина в том, что он вытесняет совсем немного воды, поэтому и действие выталкивающей силы слабое.
Достаньте лист фольги из воды и насухо вытрите бумажным полотенцем. А теперь придайте фольге форму простого кораблика. Будьте осторожны, чтобы нигде не прорвать фольгу.
«Спустите на воду» свой кораблик из фольги. Он должен плавать. Так просто он уже не утонет. Его форма такова, что он вытесняет заметно больший объем воды, чем плоский лист. Как следствие, и вытесняющая сила оказывается намного больше.
Попробуйте поместить в ваш кораблик из фольги несколько небольших предметов, например шарики из мрамора — это будет ваш корабельный груз. Чем больше мраморных шариков вы положите, тем глубже осядет ваше судно. Интересно, какой груз оно сможет выдержать, прежде чем утонет?