facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Page translation
 

ЗАКОН АРХИМЕДА ЧАСТНЫЙ СЛУЧАЙ ЗАКОНА ПАСКАЛЯ: ВЕЧНО НЕПРЕДВИДЕННЫЙ ПАРОДАКСАЛЬНЫЙ – ЭФФЕКТ И САМОЕ УДИВИТЕЛЬНО – КРАСИВЕЙШИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ТАГАЕВА ЗА ВСЮ ИСТОРИЮ ФИЗИКИ

ЗАКОН АРХИМЕДА ЧАСТНЫЙ СЛУЧАЙ ЗАКОНА ПАСКАЛЯ: ВЕЧНО НЕПРЕДВИДЕННЫЙ ПАРОДАКСАЛЬНЫЙ – ЭФФЕКТ И САМОЕ УДИВИТЕЛЬНО – КРАСИВЕЙШИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ТАГАЕВА ЗА ВСЮ ИСТОРИЮ ФИЗИКИ
Xojamberdi Tagaev, senior lecturer

Jizzakh State Pedagogical Institute, Uzbekistan

Championship participant: the National Research Analytics Championship - "Uzbekistan";

the Open European-Asian Research Analytics Championship;

Установлен частный случай законов Архимеда и Паскаля, справедливых только для больших объёмов жидкостей и его не соответствие для случаев плавания тел в малых объёмах жидкостей. Проводя соответствующие опыты и  теоретические исследования раскрыто ограничения в применении закона Архимеда.

Ключевые слова:граница, Архимед, Паскаль, закон, опыты, теория, эксперимент, парадокс.

In the following article the particular case of Archimedes and Pascal’s laws was determined. It is right only for big volumes of fluid and its discrepancy for cases of bodies swimming in small fluid volume. As a result of corresponding experiments and theoretical researches, limitation in Archimedes law using was discovered.

Keywords:limit, Archimedes, Pascal, law, research, theory, experiment, paradox.

 

В сельских местностях жители 40-50 лет тому назад не имели холодильники. И сейчас находятся такие семьи. В таких условиях они в весеннее и летнее время в взбивалке (куби) приготавливали из кислого молока (катик) сливочное масло (круглой формы), которое хранили на дне посуды («банки») в холодной воде (Рис.1). Но, если воду вовремя не заменить, то лежащее (погруженное) утром на дне сосуда (по закону Архимеда) сливочное масло, к обеду или после (к 14 или 15 часам), когда станет жарко, начнёт смягчаться и поменяет форму (круглая форма примет форму посуды) и всплывет на поверхность воды (закон Архимеда не выполняется, то есть нарушается), точный парадокс (Рис.2).

 

                                                                              

                                                                            Рис. 1                                                     Рис. 2

 

Утром лежит масло (тело) на дне сосуда, значит сила тяжести Ғтмасло (тело) больше чем Архимедова подъемная сила (ҒА), то есть Ғт > ҒА, и закон Архимеда выполняется. Однако после обеда, при таком весе и объеме (количестве) воды, сливочное масло (тело) плавает, в чем причина? Данный парадокс, в первом случае, закон Архимеда действительно правилен, нет никаких сомнений, но в некоторых случаях (второй случай), применение данного закона ограничено, то есть, закон Архимеда частный случай закона Паскаля. Именно во втором случае сливочное масло плавает за счет силы давления Паскаля (не Архимедовой подъемной силы). Ниже попытаемся выяснить причины этого парадокса.

Из школьной программы по физике известно, что закон Архимеда трактуется так «Сила действующая на тело полностью погруженного в жидкость зависит от объема тела и плотности жидкости».

Но в действительности во всех ли случаях действует этот закон? До сего момента в печатных изданиях и учебных пособиях об этом не упоминается, то есть вышесказанный эффект (или нарушение закона Архимеда) в расчетах не принимался.

Для пояснения данного парадокса возьмем цилиндрический сосуд и наполним его до места слива воды. Используя сосуд меньших размеров со шкалой в кубических сантиметрах и для высоты в сантиметрах на внешней стенке (рис.3).

Первый эксперимент. Меньший сосуд опускаем в большой цилиндрический сосуд с наполненной водой и начинаем заполнять песком до определённого погружения мерного сосуда в воду. Например, сосуд с песком погружался в воду до отметки 400 по показанию шкалы. Объём вытесненной жидкости при взвешивании окажется равным 400 г, следовательно, объем вытесненной жидкости 400см3 и вес посуды с песком тоже 400 г. Закон Архимеда полностью выполняется, то есть сила тяжести равна Архимедовой силе (рис.4).

 

 

  

                                                               Рис.3                                                                                               Рис.4

Второй эксперимент. В сосуде с относительно большим диаметром оставим 100 г. воды и опустим в него сосуд с песком (400 г.) - он потонет (рис.5), опять закон Архимеда выполняется, так как сила тяжести больше чем Архимедова подъемная сила ҒтА (состояние сливочного масло погруженного в посуду утром).

                                                                                                                Рис. 5

 

Третий эксперимент. Повторим аналогичный эксперимент несколько раз используя цилиндрические сосуды с разным диаметром. По мере уменьшения диаметра, как и до этого, будем заполнять их водой по 100 г. В каждый из этих сосудов по очереди будем погружать сосуд с песком 400 г. до тех пор, пока в одном из сосудов 400 граммовое тело всплывёт в 100 г. воды (рис.6). Это состояние соответствует плаванию сливочного масла в обеденный период, то есть нарушает закон Архимеда (рис.6).

 

                                                                                                                  Рис. 6

Четвертый эксперимент. Повторим третий эксперимент (Рис. 6), поворачивая внутренний сосуд (баклашка) с песком на 180° (Рис. 7). Баклашка потонет, повторяется первый парадокс (Рис. 1).

Рис. 7

Пятый эксперимент. В обыкновенную домашнюю посуду с польной водой опускаем выполненный из пенопласта тонкий сосуд (Рис. 8).

Рис. 8

Он плавает на поверхности воды. Для этого случая определяем силу Архимеда и силу давления Паскаля:

                    1.

                     2.    то есть, сила Архимеда и сила давления Паскаля одинаковы .

В ходе экспериментов становится ясно, что с уменьшением диаметра сосуда заполненного 100 граммами воды при достижении расстояния до сосуда заполненного песком, уровень жидкости поднимется до высоты (h2=400см3). По данному эксперименту видно, что (рис.6) h2 соответствует h1 (рис.4) равному 400 по указанной шкале в первом эксперименте.

Сущность данного парадокса можно объяснить связав его с важным гидростатическим открытием великого французского ученого в 7-ом веке Б. Паскаля. По закону Паскаля «Поверхностное давление, действующее на жидкость или газ, передается без изменения в любою точку жидкости или газа». Именно закон Паскаля заставляет в последнем эксперименте плавать 400 граммовый сосуд с песком в 100 г. воды. Причины этого явления можно объяснить через теоретические формулы, следующим образом.

Сначала определяем Архимедову подъемную силу (1-опыт), (1)

Где g- сила тяжести, действующее на тело массой 1 кг 

ρж-плотность  жидкости, плотность воды ;

Vж - объем погруженной части сосуда с песком, 

где d- диаметр сосуда с песком , см;

h1 - высота погруженной части сосуда с песком, см. при этом Архимедова подъемная сила будет равна:

то есть подтверждает достоверности первого опыта.

Теперь анализируем последнее положение (3-опыт, рис.6), то есть сосуд с 400 граммами песка, который плавает в 100 граммах воды. Как отмечалось выше, в этом явлении сосуд с 400 г. песка заставляет плавать на 100 г. воды не сила Архимеда, а сила давления Паскаля. Так как сила давления Паскаля в данном случае равна:

 

                                                 (2)

где h2 - высота столба воды погруженной части сосуда с 400 г. песка на 100 г. воды.

 

При этом (рис.6) соответствующая в шкале «400» высота столба воды . Подставляя значении в формуле (2) определяем силу давления Паскаля  

Значит, на каждый см2 площади действует 10,42 г. сила давления Паскаля. Тогда при равной площади дно сосуда . То есть сила подъема Паскаля будет равна силе подъема Архимеда на первом опыте (рис.4).

Выше указанные опыты показывают, что закон Архимеда применим только к погружаемому телу с большим зазором; второй опыт на рис.5., при погружении тела с относительно очень малым зазором не выполняется; третий опыт на рис.6, в данном частном случае нарушается закон Архимеда. Чем меньше зазор между сосудами, тем больше (увеличивается) высота столба воды h2 и, соответственно, 100 граммовая вода заставляет плавать значительно тяжёлые тела (400гр).

Причину, утром лежащего на дне сосуда сливочного масла, можно объяснить сущностью вышеуказанных опытов и теоретических расчетов. Так как, утром зазор между сливочным маслом круглой формы и внутренней стенки банки залитой водой будет значительно больше и сливочное масло погружается на дно банки (выполняется закон Архимеда). А после обеда, от жаркой погоды, оно смягчается, меняя круглую форму переходит на цилиндрическую, тем самым до предельного значения приближается к внутренней стенке банки (третий опыт, рис.6) и, соответственно, высота столба воды h2 увеличивается до максимального значения и поднимает его сила давления Паскаля (нарушается закон Архимеда).

Исходя из вышеуказанного, можно сделать следующий вывод:

1. Из данных экспериментов видно, что закон Архимеда правилен только когда в посуде с польной водой зазор между стенками больше погружаемого в нем тела (в таком случае он не теряет свой смысл). Однако, с уменьшением до определенного предела зазора между сосудами он теряет свой смысл, в этих случаях это частный случай закона Паскаля. Это нарушение зависит от величины зазора между сосудами (с погружаемым телом), формы погружаемых тел и плотности жидкости;

2. Сущность этого парадоксального эффекта надо учитывать при определении объемов тел и гидростатического веса, в противном случае, может привести к ошибочным результатам;

3. В программу физики системы непрерывного образования, в том числе школьную физику необходимо вести (включить) сущность данного парадокса при изучении законов Архимеда и Паскаля в виде теоретических знаний и лабораторной работы, который значительно углубит знания учащихся при изучении этих законов.

 

Литература:

1.     Перишкин А.Б., Родина Н.А. Физика. Ташкент, «Укитувчи» 1994 г.;

2.     Тагаев Х. Граница применимости закона Архимеда. Международная научно – техническая конференция. Технический университет. Ташкент. Сборник тезисов, секц. Физика 10-декабря 1999г;

3.       Тагаев Х. Объяснение нарушение закона Архимеда и его граница применимости по парадоксу «Эффект Тагаев». Материали VIII Международной научно-практической конференции (28-июня 2013г.). «В мире научных открытий», издательство «Спутник» Москва 2013г. Секция 10. Физико-математические науки, стр 103-107.

0
Your rating: None Average: 7.7 (3 votes)
Comments: 9

Simonian Geworg

Уважаемый Хожамберди Тагаев! Спасибо за хороший отзыв. С уважением Геворг Саркисович.

Vaidotas Matutis

Уважаемый Хожамберди Тагаев! Спасибо что показали продвижение понимания точности действия определённых явлений и их описывающих законов... Удачи. С уважением и наилучшими пожеланиями, Вайдотас Матутис, http://matutis.eu .

Togaev Bahram

Здравствуйте уважаемый Вайдотас Матитус! Искренне выражаю благодарность за высказанное собственную точку зрения. Желаю Вам творческих успехов. С уважением Х. Тагаев.

Kasumova Rena Jumshud

Эксперимент-царица доказательств. Так что дерзайте. Касумова Р.

Togaev Bahram

Здравствуйте уважаемая Касимова Рена Джумшуд! Большое спасибо за поддержку. У меня такое в впечатление о Вас, что больше всего цените доказательства и справедливость. С уважением и наилучшими пожеланиями Х. Тагаев!

Simonian Geworg

Уважаемый Хожамберди Тагаев! Как физикохимик и автор книги «Лабороторные работы по химии»(для школьников), без преувеличения говорю; Отличная, познавательная экспериментальная работа. Так держать. С уважением к.х.н., доцент Г.С.Симонян.

Togaev Bahram

Уважаемый Г.С. Симонян! Искренне выражаю благодарность за высказанные собственную точку зрения. Желаю Вам творческих успехов. С уважением Х. Тагаев

Marijus Grigola

Уважаемый Тагаев Хожамберди, спосибо за представление интересного явления. Интересно было бы подумать о практическом применении данного явления.

Togaev Bahram

Уважаемый Мариюс Григола! Спасибо Вам на добром слове. По поводу Вашего предложения о практическом применении этого явления я не могу ответить (это не скромно). С уважением Х. Тагаев.
Comments: 9

Simonian Geworg

Уважаемый Хожамберди Тагаев! Спасибо за хороший отзыв. С уважением Геворг Саркисович.

Vaidotas Matutis

Уважаемый Хожамберди Тагаев! Спасибо что показали продвижение понимания точности действия определённых явлений и их описывающих законов... Удачи. С уважением и наилучшими пожеланиями, Вайдотас Матутис, http://matutis.eu .

Togaev Bahram

Здравствуйте уважаемый Вайдотас Матитус! Искренне выражаю благодарность за высказанное собственную точку зрения. Желаю Вам творческих успехов. С уважением Х. Тагаев.

Kasumova Rena Jumshud

Эксперимент-царица доказательств. Так что дерзайте. Касумова Р.

Togaev Bahram

Здравствуйте уважаемая Касимова Рена Джумшуд! Большое спасибо за поддержку. У меня такое в впечатление о Вас, что больше всего цените доказательства и справедливость. С уважением и наилучшими пожеланиями Х. Тагаев!

Simonian Geworg

Уважаемый Хожамберди Тагаев! Как физикохимик и автор книги «Лабороторные работы по химии»(для школьников), без преувеличения говорю; Отличная, познавательная экспериментальная работа. Так держать. С уважением к.х.н., доцент Г.С.Симонян.

Togaev Bahram

Уважаемый Г.С. Симонян! Искренне выражаю благодарность за высказанные собственную точку зрения. Желаю Вам творческих успехов. С уважением Х. Тагаев

Marijus Grigola

Уважаемый Тагаев Хожамберди, спосибо за представление интересного явления. Интересно было бы подумать о практическом применении данного явления.

Togaev Bahram

Уважаемый Мариюс Григола! Спасибо Вам на добром слове. По поводу Вашего предложения о практическом применении этого явления я не могу ответить (это не скромно). С уважением Х. Тагаев.
PARTNERS
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.