Legea lui Arhimede: istoria descoperirii și esența fenomenului pentru manechine. Academia de Științe a Divertismentului. Fizică. Video Fapte și legende interesante din viața și moartea lui Arhimede

S-ar părea că nu există nimic mai simplu decât legea lui Arhimede. Dar odată ca niciodată, Arhimede însuși era cu adevărat nedumerit în legătură cu descoperirea sa. Cum a fost?

Există o poveste interesantă legată de descoperirea legii fundamentale a hidrostaticii.

Fapte și legende interesante din viața și moartea lui Arhimede

Pe lângă o astfel de descoperire gigantică precum descoperirea legii lui Arhimede în sine, omul de știință are o listă întreagă de merite și realizări. În general, a fost un geniu care a lucrat în domeniile mecanicii, astronomiei și matematicii. El a scris astfel de lucrări ca un tratat „despre corpurile plutitoare”, „despre minge și cilindru”, „pe spirale”, „despre conoide și sferoide” și chiar „pe grăunte de nisip”. Cea mai recentă lucrare a încercat să măsoare numărul de boabe de nisip necesare pentru a umple Universul.

Rolul lui Arhimede în asediul Siracuza

În 212 î.Hr., Siracuza a fost asediată de romani. Arhimede, în vârstă de 75 de ani, a proiectat catapulte puternice și mașini ușoare de aruncare cu rază scurtă de acțiune, precum și așa-numitele „gheare lui Arhimede”. Cu ajutorul lor, a fost posibil să se răstoarne literalmente navele inamice. Confruntați cu o rezistență atât de puternică și avansată din punct de vedere tehnologic, romanii nu au putut lua orașul cu asalt și au fost nevoiți să înceapă un asediu. Potrivit unei alte legende, Arhimede, folosind oglinzi, a reusit sa dea foc flotei romane, concentrand razele soarelui asupra navelor. Veridicitatea acestei legende pare îndoielnică, pentru că Niciunul dintre istoricii de atunci nu a menționat acest lucru.

Moartea lui Arhimede

Potrivit multor mărturii, Arhimede a fost ucis de romani când au luat în cele din urmă Siracuza. Iată una dintre posibilele versiuni ale morții marelui inginer.

Pe veranda casei sale, omul de știință se gândea la diagramele pe care le desena cu mâna chiar în nisip. Un soldat care trecea a călcat pe desen, iar Arhimede, adânc în gânduri, a strigat: „Depărtați-vă de desenele mele”. Ca răspuns la aceasta, un soldat care se grăbea undeva la străpuns pur și simplu pe bătrân cu o sabie.

Ei bine, acum despre punctul dureros: despre legea și puterea lui Arhimede...

Cum a fost descoperită legea lui Arhimede și originea celebrului „Eureka!”

Antichitate. Secolul al III-lea î.Hr. Sicilia, unde încă nu există mafie, dar există greci antici.

Un inventator, inginer și om de știință teoretician din Siracuza (o colonie greacă din Sicilia), Arhimede a slujit sub regele Hiero al II-lea. Într-o zi, bijutierii au făcut o coroană de aur pentru rege. Regele, fiind o persoană suspectă, l-a chemat pe om de știință la locul său și l-a instruit să afle dacă coroana conține impurități de argint. Aici trebuie spus că la acea perioadă îndepărtată nimeni nu rezolvase astfel de probleme și cazul era fără precedent.

Arhimede s-a gândit mult, nu a venit cu nimic și într-o zi a decis să meargă la baie. Acolo, așezat într-un lighean cu apă, omul de știință a găsit o soluție la problemă. Arhimede a atras atenția asupra unui lucru complet evident: un corp, scufundat în apă, deplasează un volum de apă egal cu volumul propriu al corpului.

Atunci, fără să se deranjeze măcar să se îmbrace, Arhimede a sărit din baie și a strigat faimoasa lui „eureka”, care înseamnă „găsit”. Apărându-se regelui, Arhimede a cerut să-i dea lingouri de argint și aur, egale ca greutate cu coroana. Măsurând și comparând volumul de apă deplasat de coroană și lingouri, Arhimede a descoperit că coroana nu era făcută din aur pur, ci era amestecată cu argint. Aceasta este povestea descoperirii legii lui Arhimede.

Esența legii lui Arhimede

Dacă vă întrebați cum să înțelegeți principiul lui Arhimede, vă vom răspunde. Doar stai jos, gândește-te și înțelegerea va veni. De fapt, această lege spune:

Un corp scufundat într-un gaz sau lichid este supus unei forțe de flotabilitate egală cu greutatea lichidului (gazului) în volumul părții imersate a corpului. Această forță se numește forța lui Arhimede.

După cum putem vedea, forța Arhimede acționează nu numai asupra corpurilor scufundate în apă, ci și asupra corpurilor din atmosferă. Forța care face ca un balon să se ridice este aceeași forță lui Arhimede. Forța arhimediană se calculează folosind formula:

Aici primul termen este densitatea lichidului (gazului), al doilea este accelerația gravitației, al treilea este volumul corpului. Dacă forța gravitației este egală cu forța lui Arhimede, corpul plutește, dacă este mai mare, se scufundă, iar dacă este mai mică, plutește până când începe să plutească.

În acest articol ne-am uitat la legea lui Arhimede pentru manechine. Dacă vrei să înveți cum să rezolvi problemele unde se găsește legea lui Arhimede, contactează specialiştilor noştri. Cei mai buni autori vor fi bucuroși să-și împărtășească cunoștințele și să descopere soluția la cea mai dificilă problemă „de pe rafturi”.

Problema 8

Într-o lecție video de fizică de la Academia de Științe Divertisment, profesorul Daniil Edisonovich va vorbi despre savantul grec antic Arhimede și despre câteva dintre descoperirile sale uimitoare. De unde știi dacă aurul este pur? Cum reușesc navele de mai multe tone să plutească pe valurile oceanului? Viața noastră este plină de fenomene misterioase și puzzle-uri complicate. Fizica poate oferi indicii pentru unele dintre ele. După ce vizionați a opta lecție video de fizică, veți face cunoștință cu legea lui Arhimede și cu forța lui Arhimede, precum și cu istoria descoperirii lor.

Legea lui Arhimede

De ce obiectele cântăresc mai puțin în apă decât pe uscat? Pentru o persoană, a fi în apă este comparabil cu a fi într-o stare de imponderabilitate. Astronauții folosesc acest lucru în antrenamentul lor. Dar de ce se întâmplă asta? Faptul este că corpurile scufundate în apă sunt acționate de o forță de flotabilitate, descoperită de filosoful grec antic Arhimede. Legea lui Arhimede este așa: un corp scufundat într-un lichid pierde la fel de multă greutate cât cântărește volumul de apă pe care îl înlocuiește. Forța de flotabilitate a fost numită Arhimede, în onoarea descoperitorului. Arhimede a fost unul dintre cei mai mari oameni de știință ai Greciei Antice. Acest genial matematician și mecanic a trăit în Siracuza în secolul al III-lea î.Hr. e. În acest moment, regele Hiero domnea la Siracuza. Într-o zi, Hieron, după ce a primit coroana de aur pe care o comandase de la meșteri, s-a îndoit de onestitatea lor. I s-a părut că au ascuns o parte din aurul dat pentru producerea lui și l-au înlocuit cu argint. Dar cum pot fi prinși bijutierii falsificând? Hiero l-a instruit pe Arhimede să determine dacă în coroana de aur există un amestec de argint. Arhimede căuta constant o soluție la problemă, fără să se oprească niciodată să se gândească la ea când făcea alte lucruri. Și soluția a fost găsită... în baie. Arhimede s-a săpunat cu cenușă și s-a urcat în cadă Și ce s-a întâmplat de fiecare dată când orice persoană, nici măcar un om de știință, se așează în orice cadă, nici măcar una de marmură - apa din ea se ridică. Dar ceva la care de obicei Arhimede nu dădea nicio atenție l-a interesat brusc. S-a ridicat – nivelul apei a scăzut, s-a așezat din nou – apa s-a ridicat; și s-a ridicat pe măsură ce trupul s-a scufundat. Și în acel moment i-a dat seama lui Arhimede. El a văzut în experimentul efectuat de duzină de ori un indiciu despre modul în care volumul unui corp este legat de greutatea acestuia. Și mi-am dat seama că sarcina regelui Hieron era rezolvabilă. Și s-a bucurat atât de mult de descoperirea lui întâmplătoare încât în ​​timp ce era - gol, cu resturile de cenuşă pe corp - a fugit acasă prin oraș, umplând strada cu strigăte: „Eureka! Eureka!”. Așa a găsit Arhimede, potrivit legendei, soluția problemei lui Hiero. Arhimede i-a cerut regelui două lingouri - argint și aur. Greutatea fiecărui lingou era egală cu greutatea coroanei. După ce a pus mai întâi un lingou de argint și apoi un de aur într-un vas umplut până la refuz cu apă, omul de știință a măsurat volumul de apă deplasat de fiecare lingou. Aurul a înlocuit mai puțină apă decât argintul. Și totul pentru că volumul unei piese de aur era mai mic decât o bucată de argint de aceeași greutate. La urma urmei, aurul este mai greu decât argintul. Arhimede a scufundat apoi coroana în vas și a măsurat volumul de apă pe care l-a deplasat. Coroana a dislocat mai puțină apă decât un lingou de argint. dar mai mult decât un lingot de aur. Deci frauda bijutierului a fost scoasă la iveală. Datorită puterii lui Arhimede, nave gigantice care cântăresc sute de mii de tone sunt capabile să navigheze. Acest lucru se datorează faptului că au o deplasare mare. Adică, volumul lor este de așa natură încât înlocuiește o cantitate uriașă de apă. Și după cum vă amintiți, cu cât volumul corpului este mai mare, cu atât forța lui Arhimede acționează mai puternic asupra acestuia.

EXPERIMENTE pe tema „Puterea lui Arhimede”

Știința este minunată, interesantă și distractivă. Dar este greu să crezi în miracolele din cuvinte, trebuie să le atingi cu propriile mâini. Există o experiență - distractivă!
Și dacă ești atent,
Independent în minte
Și cu fizica la prima mână
Este o experiență interesantă -
Amuzant, incitant -
El îți va dezvălui secrete
Și vise noi!

1) Apa vie și moartă

Pune pe masă un borcan de sticlă de un litru umplut 2/3 cu apă și două pahare cu lichide: unul etichetat „apă vie”, celălalt etichetat „apă moartă”. Puneți un tubercul de cartofi (sau ou crud). Se îneacă. Adăugați apă „vie” în borcan și tuberculul va pluti; adăugați apă „moartă” și se va scufunda din nou. Adăugând un lichid sau altul, puteți obține o soluție în care tuberculul nu va pluti la suprafață, dar nu se va scufunda nici pe fund.
Secretul experienței este că în primul pahar - soluție saturată sare de masă, în al doilea - apă plată. (Sfat: înainte de demonstrație, este mai bine să curățați cartofii și să turnați o soluție slabă de sare în borcan, astfel încât chiar și o ușoară creștere a concentrației lor să producă un efect).

2) Scafandru cu pipetă carteziană

Umpleți pipeta cu apă până când plutește vertical, aproape complet scufundată. Pune pipeta de scafandru într-un transparent sticla de plastic umplut până sus cu apă. Sigilați sticla cu un capac. Când apăsați pe pereții vasului, scafandrul va începe să se umple cu apă. Schimbând presiunea, determinați-l pe scafandru să vă urmeze comenzile: „Jos!”, „Sus!” și „Opriți!” (oprire la orice adâncime).

3) Cartofi imprevizibili

(Experimentul poate fi realizat cu un ou). Puneți tuberculul de cartofi într-un borcan de sticlă umplut pe jumătate soluție apoasă sare de masă. El plutește la suprafață.
Ce se întâmplă cu cartofii dacă adăugați apă într-un vas? De obicei, ei răspund că cartofii vor pluti. Turnați cu grijă apă (densitatea acesteia este mai mică decât densitatea soluției și a oului) prin pâlnie de-a lungul peretelui vasului până când este plină. Cartofii, spre surprinderea publicului, rămân la același nivel.

4) Piersică rotativă

Turnați apă spumante într-un pahar. Dioxidul de carbon dizolvat într-un lichid sub presiune va începe să iasă din acesta. Pune piersica în pahar. Va pluti imediat la suprafață și... începe să se rotească ca o roată. comporta într-un mod similar va fi destul de lung.

Pentru a înțelege motivul acestei rotații, aruncați o privire mai atentă la ceea ce se întâmplă. Atenție la coaja catifelată a fructului, la firele de păr din care se vor lipi bule de gaz. Deoarece vor fi întotdeauna mai multe bule pe o jumătate de piersică, o forță de plutire mai mare acționează asupra acesteia și se întoarce în sus.

5) Forța lui Arhimede în materia în vrac

La spectacolul „Moștenirea lui Arhimede”, locuitorii din Siracuza s-au întrecut în „recuperarea unei perle de pe fundul mării”. O demonstrație similară, dar mai simplă, poate fi repetată folosind un borcan mic de sticlă care conține mei (orez). Puneți o minge de tenis (sau dop de plută) acolo și închideți capacul. Întoarce borcanul astfel încât bila să fie în partea de jos sub mei. Dacă creați o ușoară vibrație (agitați ușor borcanul în sus și în jos), atunci forța de frecare dintre boabele de mei va scădea, acestea vor deveni mobile și după un timp mingea va pluti la suprafață sub influența forței lui Arhimede.

6) Pachetul a zburat fără aripi

Așezați o lumânare, aprindeți-o, țineți punga peste ea, aerul din pungă se va încălzi,

După eliberarea pachetului, vedeți cum pachetul zboară în sus sub influența forței lui Arhimede.

7) Diferiți înotători înoată diferit

Turnați apă și ulei în vas. Coborâți piulița, dopul și bucățile de gheață. Nuca va fi în partea de jos, dopul va fi pe suprafața uleiului, iar gheața va fi pe suprafața apei sub un strat de ulei.

Acest lucru se explică prin condițiile de plutire ale corpurilor:

Forța lui Arhimede este mai mare decât gravitația plută - pluta plutește la suprafață,

Forța lui Arhimede este mai mică decât forța gravitațională care acționează asupra piuliței - nuca se scufundă

forța lui Arhimede care acționează asupra unei bucăți de gheață este mai mare decât gravitația gheții - pluta plutește pe suprafața apei, dar deoarece densitatea uleiului este mai mică decât densitatea apei și mai mică decât densitatea gheții - uleiul va ramane la suprafata deasupra ghetii si a apei

8) Experiență de confirmare a legii

Agățați găleata și cilindrul de arc. Volumul cilindrului este egal cu volumul interior al găleții. Întinderea de primăvară este indicată de un indicator. Scufundați întregul cilindru într-un vas de turnare cu apă. Se toarnă apă într-un pahar.

Volumul de apă vărsat esteOvolumul unui corp scufundat în apă. Indicatorul cu arc marchează reducerea greutății cilindrului în apă cauzată de acțiuneVforță de plutire.

Turnați apă dintr-un pahar în găleată și veți vedea că indicatorul cu arc revine în poziția inițială. Deci, sub influența forței arhimedice, izvorul s-a contractat, iar sub influența greutății apei deplasate a revenit în poziția inițială. Forța arhimediană este egală cu greutatea fluidului deplasat de corp.

9) Echilibrul a dispărut

Faceți un cilindru de hârtie, atârnați-l cu capul în jos pe o pârghie și echilibrați-l.

Să punem lampa cu alcool sub cilindru. Sub influența căldurii, echilibrul este perturbat și vasul se ridică. Din moment ce puterea lui Arhimede este în creștere.

Astfel decarcasele umplute cu gaz cald sau cu aer cald se numesc baloane si sunt folosite pentru aeronautica.

CONCLUZIE

După ce am efectuat experimente, am fost convinși că corpurile scufundate în lichide, gaze și chiar substanțe granulare sunt acționate de forța Arhimede, îndreptată vertical în sus. Forța arhimediană nu depinde de forma corpului, de adâncimea scufundării acestuia, de densitatea corpului și de masa acestuia. Forța lui Arhimede este egală cu greutatea lichidului în volumul părții scufundate a corpului.