В процессе работы над индивидуальным проектом по физике "Архимедова сила и её значение в жизни человека" ученица 10 класса школы провела исследование истории Архимедовой силы, изучила биографию Архимеда, а также рассмотрела легенды, создаваемые вокруг имени ученого.

Подробнее о проекте:

В ученической исследовательской работе по физике "Архимедова сила и её значение в жизни человека" автор выясняет интересные факты об Архимеде и дает развернутое определение его закона, объясняет, в чем заключается значимость этого закона в жизни человека. Практическая часть проекта сконцентрирована на изучении основного закона гидростатики - закона Архимеда. Автор рассматривает действие этой силы на поведение тела, погруженного в жидкость.

В готовом творческом и исследовательском проекте по физике "Архимедова сила и её значение в жизни человека" автор определяет роль силы Архимеда в жизни организмов, рассказывает про мертвое море и выталкивающую силу и проводит анкетирования по теме исследования среди учащихся, по результатом которого можно сделать вывод о том, насколько школьники осведомлены о законе Архимеда и применяют свои знания в жизни.

Оглавление

Введение
1.  История Архимедовой силы и биография Архимеда.
1.1. Биография Архимеда.
1.2. Легенды, создаваемые вокруг имени ученого.
1.3. Теоретическая часть.
1.4. Интересные факты про Архимеда и его закон.
2.  Значимость закона Архимеда в жизни.
2.1. Роль силы Архимеда в жизни организмов.
2.2. Про мертвое море и выталкивающую силу.
3. Проведение анкетирования среди учащихся.
3.1. Результаты анкетирования среди одноклассников.
3.2. Результаты проведенного теста на тему «Выталкивающая сила».
3.3. Обобщение результатов.
Заключение
Список литературы

Актуальность работы. Если внимательно присмотреться к окружающему миру, то можно открыть для себя множество событий, происходящих вокруг. С этими явлениями мы встречаемся ежедневно, и с каждым из явлений связан определенный закон, которому оно будет подчиняться и действовать, но чаще всего мы не задумываемся об этом.

Об одном из таких законов и пойдет речь в моей исследовательской работе. Это закон Архимеда.

Проблема. У большинства людей не возникает интереса к Архимедовой силе и пониманию о ее пользе для нас, так же многие ученики сталкиваются с проблемой понимания и усвоения материала по закону Архимеда.

Цель работы: Сконцентрировать внимание на основном законе гидростатики - законе Архимеда. Рассмотреть действие этой силы на поведение тела, погруженного в жидкость.

Задачи работы:

1. Изучить литературу по теме исследования.
2. Рассмотреть историю архимедовой силы и биографию Архимеда.
3. Провести анкетирование и опрос одноклассников с целью выявления их отношения к Архимедовой силе для нашей жизни.  

           

Методы изучения

1. Научно-поисковый – сбор информации об Архимедовой силе
2. Анкетирование (с целью выявления отношения респондентов к цели исследования)
3. Изучение литературных источников

Практическая значимость. Вызвать интерес к закону Архимеда, к его значимости в нашей жизни; заинтересовать в изучении данного закона.

Архимед — древнегреческий математик, физик инженер из Сиракуз, греческой колонии на острове Сицилия. Сведения о жизни Архимеда оставили нам многие древнегреческие писатели и историки (Полибий, Тит Ливий, Цицерон, Плутарх, Витрувий и другие).

Отцом Архимеда был математик и астроном Фидий, состоявший, как утверждает Плутарх, в близком родстве с Гиероном II. Отец привил сыну любовь к математике, механике и астрономии. Для обучения Архимед отправился в Александрию - научный и культурный центр Египта. Большую часть своей жизни провёл в родном городе Сиракузы. Где и был убит при захвате города воинами Марцелла во время Второй Пунической войны.

Уже при жизни Архимеда вокруг его имени создавались легенды, поводом для которых служили его поразительные изобретения. Известна легенда об Архимеде и золотой короне. Царь Гиерон поручил ему проверить честность мастера, изготовившего золотую корону. Хотя корона весила столько, сколько было отпущено на неё золота, царь заподозрил, что она изготовлена из сплава золота с более дешёвыми металлами. Архимеду было поручено узнать есть ли в короне примесь. Много дней мучила Архимеда эта задача. И вот однажды, находясь в бане, он погрузился в наполненную водой ванну, и его внезапно осенила мысль, давшая решение задачи.

Архимед заказал два слитка — один из золота, другой из серебра, равные весу короны. Каждый слиток он погружал поочерёдно в сосуд, доверху наполненный водой. Архимед заметил, что при погружении слитка из серебра воды вытекает больше. Затем он погрузил в воду корону и обнаружил, что воды вылито больше, чем при погружении золотого слитка, а ведь он был равен весу короны. По объёму вытесненной жидкости Архимед определил, что корона была изготовлена не из чистого золота, а с примесью серебра. Тем самым мастер был изобличён в обмане.

Задача о золотой короне побудила Архимеда заняться вопросом о плавании тел.

Закон Архимеда, впервые были им упомянут в трактате «О плавающих телах».  Архимед написал: "Тела, которые тяжелее жидкости, будучи опущены в неё, погружаются всё глубже, пока не достигают дна, и, пребывая в жидкости, теряют в своём весе столько, сколько весит жидкость, взятая в объёме тел".

В науку гидростатику это открытие вошло как закон Архимеда.

Архимедова сила направлена всегда противоположно силе тяжести. Она равна нулю, если погруженное в жидкость тело плотно, всем основанием прижато ко дну.

На тело, находящееся в жидкости или газе, в обычных земных условиях действуют две противоположно направленные силы: сила тяжести и архимедова сила: Fт — сила тяжести, FА— сила Архимеда.

Если сила тяжести по модулю больше архимедовой силы (Fт > FА), то тело опускается вниз - тонет. Если модуль силы тяжести равен модулю архимедовой силы (Fт = FА), то тело может находиться в равновесии на любой глубине ( тело плавает в жидкости или газе). Если архимедова сила больше силы тяжести (Fт < FА), то тело поднимается вверх – всплывает до тех пор, пока не начнет плавать .

Архимедова сила больше силы тяжести, если плотность жидкости больше плотности погруженного в жидкость тела: ρ1 — плотность тела, ρ2 — плотность среды, в которую погрузили тело. ρ1 = ρ2 — тело плавает в жидкости или газе, ρ1 > ρ2 — тело тонет, ρ1 < ρ2 — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Примечание

• Закон Архимеда не работает в состоянии невесомости
• Роль силы Архимеда в жизни организмов
• Именно Архимед изготовил первый в мире планетарий.

Знаменитое устройство «архимедов винт» было изобретено им ещё в юности, и оно нашло своё применение в ирригации полей. Архимедов винт и по сей день применяется с этой целью в некоторых странах.

Архимед первым выдвинул идеи касательно измерения расстояния до других небесных тел. И это за много сотен лет до Коперника и Галилея, отстаивавших гелиоцентрическую систему мира

Архимед изобрёл способ решения кубических уравнений.

Понятие «центр тяжести» было введено в науку именно Архимедом.

Плотность живых организмов, обитающих в водной среде, очень мало отличается от плотности воды, поэтому их вес полностью уравновешивается архимедовой силой. Благодаря этому водные животные не нуждаются в столь массивных скелетах, как наземные. Например: кит дышит лёгкими, и регулирует глубину своего погружения за счёт уменьшения и увеличения объёма лёгких, но, попадая случайно на сушу, не проживает и часу. Масса кита достигает 90-100 т. В воде эта масса частично уравновешивается силой Архимеда. На суше у кита под действием столь огромной массы сжимаются кровеносные сосуды, из-за чего он погибает.

Интересна роль плавательного пузыря у рыб. Это единственная часть тела рыбы, обладающая заметной сжимаемостью; сжимая пузырь усилиями грудных и брюшных мышц, рыба меняет объем своего тела и тем самым среднюю плотность, благодаря чему она может в определенных пределах регулировать глубину своего погружения.

У берегов Египта, водится удивительная рыба фагак. При опасности фагак быстро заглатывать воду. При этом в пищеводе рыбы происходит бурное разложение продуктов питания с выделением значительного количества газов. Газы заполняют не только действующую полость пищевода, но и имеющийся при ней слепой вырост. В результате тело фагака сильно раздувается, и, в соответствии с законом Архимеда, он быстро всплывает на поверхность водоема. После этого сила тяжести опускает его на дно водоема.

Многие водные растения сохраняют вер­тикальное положение, несмотря на чрезвычайную гибкость их стеблей, потому, что на концах их разветвлений заключены крупные пузыри воздуха, играющие роль поплавков.

«Мертвое море»- Бессточное соленое озеро на Ближнем Востоке, является одним из самых соленых на Земле.

Из Мертвого моря не вытекает ни единой реки, зато оно само вбирает в себя воды реки Иордан, впадающей в него с севера, и множество маленьких ручьев, стекающих со склонов окружающих холмов. В результате этого в его водах создалась необычайно высокая концентрация минеральных солей.

В мертвом море очень сложно утонуть ил хотя бы нырнуть, а все потому что в нем содержится такое количество солей, что ρ1 < ρ2 ( плотность воды выше, чем плотность тела, погруженного в жидкость).

Проведение анкетирование на тему: «Выталкивающая сила. Закон архимеда.» в соц. Сети ВК.

Анкета содержала 3 вопроса: Первый вопрос: «Знаете ли вы, что такое закон Архимеда и можете ли вы его сформулировать?» Ответ: На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу тому количеству жидкости или газа, которое вытеснено погруженной частью тела Второй вопрос: «Запишите 3 формулы, которые будут подходить к плавающему телу на поверхности, внутри жидкости или утонувшего тела

Ответ: . ρ1 = ρ2 — тело плавает в жидкости или газе, ρ1 > ρ2 — тело тонет, ρ1 < ρ2 — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать. Третий вопрос: «Какие изобретения изобрел ученый Архимед?» Ответ: Архимед изобрел кохлею (Архимедов винт), катапульту, планетарий, Коготь Архимеда, Поджигающие зеркала, Одометр, Произвел улучшение рычага. (если анкетируемый напишет хотя бы одно из изобретений, то задание будет считаться выполненным).

Результаты анкетирования: Было проанкетировано 19 учащихся 10 класса, среди которых: На все вопросы смогли верно ответить 75% учащихся класса. Только на два вопроса верно ответили 20% учащихся класса. Только на один вопрос верно смогли ответить 5% учащихся класса.  

Так же в моем классе был проведен тест на тему «Выталкивающая сила. Закон Архимеда.»

Тест содержал 4 заданий с 3 вариантами ответа:

1) Архимедову силу рассчитывают по формуле:
а) р = gρh
б) F = pS
в) F = gρжVт

Ответ: в)

2) Действует ли архимедова сила на тела, находящиеся в воздухе?
а) Нет, она действует только в воде
б) Да, так как воздух — газ
в) Среди ответов нет верного

Ответ: б)

3) По какой формуле можно рассчитать архимедову силу, дей­ствующую в газе?
а) F = gρгVт
б) F = gρhS
в) F = gρжVт

Ответ: а)

4) Архимедова сила зависит от:

а) глубины погружения тела в жидкость
б) веса тела в) объёма тела

Ответ: в)

Результаты Тестирования:

Было протестировано 19 учащихся 10 класса, среди которых:

На все вопросы смогли ответить 60% учащихся. На три вопроса смогли ответить 20% учащихся. На два вопроса смогли ответить 10% учащихся. На один вопрос смогли ответить 10% учащихся.  

В ходе обобщения результатов было выявлено, что 67% учащихся хорошо ознакомлены с данной темой, смогли ответить на большинство заданных вопросов и пройти тестирование с удовлетворительным результатом.

Другие 23% знакомы с данной темой, но им следует до конца  ознакомиться с ней Оставшиеся 5% не знакомы с основным законом гидростатики

Данная работа может помочь лучше понять основной закон гидростатики, научиться определять архимедову силу на физических опытах, проверить свои знания и узнать что-нибудь новое в данной теме.

Данный проект помогает понять, что многие задачи на закон Архимеда можно решать как теоретически, так и практически.

Я считаю, что исследовательская работа может быть использована для более подробного изучения Архимедовой силы, углубления и более масштабного изучения школьной программы, которые связаны с этим законом. Так же данная работа может быть полезна учащимся для сдачи ОГЭ, ЕГЭ, школьных контрольных и проверочных работ.

1. Физика: Справ. материалы: Учебное пособие для учащихся.
2. А.П. Перышкин. Физика. 7 класс. Москва «Дрофа», 2006 г.
3. Каган В.Ф., Архимед. Краткий очерк о жизни и творчестве, М.-Л., 1951.
4. Лурье С.Я., Архимед, М.-Л., 1945.
5. Сергей Викторович Житомирский. Архимед: Пособие для учащихся. - М.: Просвещение, 1981.
6. Смышляев В.К. О математике и математиках. - Йошкар-Ола: Наука, 1977.