Как найти подъемную силу плота

Класс	7 класс
Автор урока (ФИО, должность)	Алферова Ольга Евгеньевна, учитель физики
Образовательное учреждение	МОУ СОШ № 156
Республика/край, город/поселение	Российская Федерация, г.о. Самара
Методическая информация
Тип урока	Урок-обобщение с элементами лабораторной работы
Цели урока	Повторение темы “Условия плавания тел. Подъемная сила” путем решения занимательных задач с использованием компьютерной презентации, выполненной в программе Microsoft Word PowerPoin изготовление модели плота.
Задачи урока	Образовательная: Повторить понятия: силы тяжести, силы Архимеда, подъемной силы; условия плавания тел; Формировать умение рассчитывать и по данным расчетам изготавливать плот; Отрабатывать методы решения качественных и расчетных задач. Развивающая: Развивать мотивацию к изучению физики; Расширить кругозор учащихся. Воспитательная: Способствовать формированию ответственного отношения к учебе
Знания, умения, навыки и качества, которые актуализируют/приобретут/закрепят/др. ученики в ходе урока	В ходе урока учащиеся актуализируют понятия:силы тяжести, силы Архимеда, подъемной силы, плотности; приобретут умение изготавливать плот, решать качественные и расчетные задачи по теме “Условия плавания тел. Подъемная сила”.
Необходимое оборудование и материалы	Ноутбук, мультимедийный проектор, доска, стакан с водой, картофель, соль, спички, нить, линейка.

Ход урока

Орг. момент. Сообщение темы урока, его
целей.

Мотивация. Вводное слово учителя

Вводное слово учителя: Сегодня мы с
вами повторяем тему “Плавание тел”. Нам
предстоит решить ряд задач, а самое главное вам
сегодня просто будет необходимо построить плот.
Для этого вам понадобятся спички, нитки.
Проверили готовность, в путь!

В синем небе облака,
А под ними мчит река.
По реке несется плотик,
На плоту мурлычет котик.

По реке плыть на плоту
Очень нравится коту.
В тростнике, вдруг плот застрял.
Кот полсуток размышлял:

Мимо уточка плыла,
Лапками гребла, гребла.
Плот рябой волной снесло,
Кот схватился за весло.

Скажите, пожалуйста, какие законы или явления
физики в этом стихотворении вы встретили?

Конечно же, в нем идет речь о плавании тел.

Актуализация знаний: Повторение основных
понятий темы. Презентация

(слайд 2)

Тело находится под водой. Какие силы действуют
на него? Каково должно быть соотношение этих сил?

(слайд 3)

На все ли тела действуют сила Архимеда и сила
тяжести? Объясните, почему монета утонула, свеча
всплыла, а лед плавает в воде?

(слайд 4)

Найдите ошибки на этом слайде?

(слайд 5)

У каждого на столах есть стакан с водой и
картофелина. Опустите ее в стакан с водой, что
произошло? А теперь сделайте так, чтобы
картофелина всплыла.

(слайд 6)

Вспомните мультфильм про козленка, который
умел считать до десяти. В заключительной сцене
капитан судна попросил посчитать всех
находящихся на борту. Он сказал, что судно его
выдержит только десятерых. Скажите, с точки
зрения физики этого достаточно?

(слайд 7)

Самым большим из современных представителей
является императорский пингвин (рост – 110-120 см,
вес до 46 кг), самые мелкие – малый пингвин (рост
30-45 см, вес 1-2,5 кг). Определите объем льдины,
которая переправит представителя от каждой
группы.

(слайд 8)

Постановка проблемы (отрывок из мультфильма
“Случай на плоту”)

Небольшое сообщение. (слайд 9,10)

Плот – конструкция для плаванья, из связанных
совместно брёвен или стеблей камыша, тростника,
скрученных в пучки. Средняя скорость плотов при
сплаве по рекам составляет 30-50 км в день, а при
благоприятных условиях превосходит 100 км.
Древнейшее несамоходное плавучее сооружение
(плавсредство). Появился, вероятно, раньше лодки,
так как для постройки простейшего плота не
требуется специальных инструментов, а материалы
общедоступны. Из бальсового дерева был построен
знаменитый плот Кон-Тики, на котором норвежский
путешественник Тур Хейердал со своей командой
совершил путешествие через Тихий океан к
островам Полинезии.

В наше время надувной спасательный плот широко
используются как спасательное средство наряду
со шлюпками. Применяется для транспортировки
леса (брёвен) по реками и водного туризма. Также в
водном туризме применяется особая разновидность
плота – честер. Его основными отличиями от плота
являются способ гребли – для управления
используются не греби, а обычные вёсла, которые
гребцы держат в руках, – а также посадка гребцов:
гребцы сидят лицом друг к другу на гондолах,
расположенных поперёк хода судна.

Для переправы через реку строят небольшой плот
– салик для переправ. Такой салик для одного-двух
человек может состоять всего из двух бревен.

Плоты также применяются для лесосплава.

Что нужно знать, для того, чтобы построить плот?

Рассчитываем и строим плот, который выдержал бы
10 рублевую монету (Диаметр спичек считаем,
используя метод рядов).

Домашнее задание: повторить
определения и формулы; придумать три
занимательные задачи на данную тему.

Используемая литература и источники.

А.В. Перышкин Физика 7 класс. Москва “Дрофа” 2000
г.

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Плот

5. http://live.1001chudo.ru/japan_940.html

6. http://ru.wikipedia.org/wiki/Пингвиновые

Дано:

N = 20

V0 = 0,5 м³

р(воды) = 1000 кг/м³

р(сосны) = 500 кг/м³

g = 10 м/с²

Fтяж, Fa, P(груза) – ?

Решение:

Формула силы тяжести:

Fтяж = mg

Массу плота определим через плотность сосны p(сосны), объём одного бревна V0 и количества брёвен N:

m = p*V = p(сосны)*V

V = V0*N => m = p(сосны)*V0*N = 500*0,5*20 = 500*10 = 5000 кг, тогда сила тяжести:

Fтяж = mg = 5000*10 = 50000 H = 50 кН

Плот будет плавать в воде, если сила тяжести и сила Архимеда уравновешивают друг друга:

Fa = Fтяж – значит, значение силы Архимеда (выталкивающей силы) равно значению силы тяжести:

Fa = 50 кН

Подъёмную силу плота найдём через следующее рассуждение. Ясное дело, что плот плавает, то есть не тонет. Значит, какая-то его часть возвышается над поверхностью воды, а какая-то – находится под поверхностью. Если мы теперь будем нагружать плот всё больше и больше, то он всё больше и больше будет уходить в воду. Как известно, сила Архимеда равна массе вытесненной воды в объёме погруженной в воду части тела, умноженной на ускорение свободного падения:

Fa = р(воды)*g*V(части тела)

р(воды)*V(части тела) = m(воды) =>

=> Fa = m(воды)*g

Тогда, если плот полностью скроется под водой, то масса воды, которую он вытеснит своим объёмом, будет равна:

m(воды) = р(воды)*V, а сила Архимеда:

Fa = р(воды)*V*g = p(воды)*р(сосны)*V0*N*g = 1000*500*0,5*20*10 = 1000*100*500 = 5*1000*100*100 = 5*10⁷ = 50*10⁶ Н = 50 МН

А теперь вернёмся к погрузке плота. Если мы нагрузили плот так, что сам плот скрылся под водой, а груз остался сверху, над поверхностью воды, то мы можем представить плот с грузом как одно сплошное тело. Тогда сила тяжести, действующая на это тело, будет равна сумме силы тяжести, действующей на плот, и силы тяжести, действующей на груз:

Fтяж = Fтяж(плота) + Fтяж(груза)

Каждую из этих сил можно представить в виде другой силы – веса, тогда:

Р = Р(плота) + Р(груза)

Так как мы решили представить плот с грузом как одно сплошное тело, то найдём силу Архимеда, действующую на это тело:

Fa = Fтяж = P

Fa = P(плота) + Р(груза) – именно значение веса груза будет являться грузоподъёмностью плота, тогда:

P(груза) = Fa – P(плота) = 50 МН – 50 кН = 50 000 000 – 50 000 = 49 950 000 Н = 49,95 МН – это и есть грузоподъёмность плота. Вернее – максимальная грузоподъёмность, потому что если нагружать плот и дальше, то под водой будет уже не только плот, но и часть груза.

Ответ: 50 кН, 50 кН, 49,95 МН.

На этой странице находится вопрос Определите подъемную силу плота из 20 сосновых бревен?, относящийся к категории
Физика. По уровню сложности данный вопрос соответствует знаниям
учащихся 5 – 9 классов. Здесь вы найдете правильный ответ, сможете
обсудить и сверить свой вариант ответа с мнениями пользователями сайта. С
помощью автоматического поиска на этой же странице можно найти похожие
вопросы и ответы на них в категории Физика. Если ответы вызывают
сомнение, сформулируйте вопрос иначе. Для этого нажмите кнопку вверху.

Сделать плот своими руками и отправиться на нем в плавание по спокойным широким рекам России мечтают многие путешественники. Неспешно передвигаясь на плоту, можно сполна насладиться открывающимися пейзажами, чистым воздухом и спокойствием.  Любители самодельных плавучих средств покоряют даже таежные и горные реки.  Современные материалы позволяют придать плотам высокую степень остойчивости, плавучести и прочности, а также достаточно комфортную навигацию.

Из чего можно сделать плот для сплава по реке

Изготовить самодельный плот можно, затрачивая минимум финансовых средств, поскольку для постройки плота понадобятся доступные подручные материалы.

Любители сплавов на плотах выбирают материалы из следующего перечня:

• бревна;
• доски;
• сухие жерди;
• пластиковые бутылки;
• пластиковые канистры;
• бочки;
• пенопласт;
• резиновые автомобильные камеры.

Детали плота скрепляются между собой верёвками, ленточными стропами, проволокой, армированным скотчем. Деревянные элементы – саморезами или гвоздями.

Для навеса используют следующие материалы:

• толстый полиэтилен;
• брезент;
• ткани с ПВХ покрытием;
• акриловая ткань;
• тарпаулин.

Расчет грузоподъемности плота

Плот обладает оптимальными ходовыми качествами в случае соотношения ширины и длины 1:3.  Остойчивость плота нарушится, если ширина окажется больше, а если плот сделать слишком длинным, сильно пострадает управляемость.

Лучше всего изготавливать плот из высушенной сосны или ели. Для определения удельного веса древесины нужно отрезать с одного конца бревна  круг толщиной 10 см и опустить его воду. Если он погружается в воду на половину своей толщины, это означает, что грузоподъемность 1 м³ плота составляет 250 кг.

Чтобы определить, какой подъемной силой обладает одно бревно, находящееся в воде, следует знать его длину и диаметр. Затем по таблице грузоподъемности определить подъемную силу бревна.

Любые пустые ёмкости, использующиеся в качестве плавающих элементов в конструкции плота, имеют следующую грузоподъемность:

1 дм³  (1 л) = 1 кг груза.

Следовательно, чтобы удержать на воде 2 человека общим весом 150 кг, нужно прикрепить к основанию плота пустые емкости общим объемом 150 л.

Процесс строительства плота – пошаговая инструкция

Прежде чем приступать к изготовлению самодельного плавательного средства, необходимо определиться с маршрутом, количеством человек, погодными условиями и прочими параметрами, влияющими на планируемый сплав. Итак, как построить плот своими руками для сплава по реке?

Из дерева

Благодаря своим характеристикам древесина является основным материалом для постройки любого плота. Даже свежесрубленное бревно, кажущееся тяжёлым, в воде не тонет. Однако, некоторые породы древесины настолько напитываются водой, что способны утонуть, и это следует учитывать при строительстве плота.

Как правило, дерево комбинируют с элементами, способными сохранять внутри себя воздух – пенопластом, бутылками, канистрами, бочками и т.д.

Выбирая древесину для строительства плота, следует обращать внимание на то, чтобы она была сухой и крепкой, без повреждения древесными жучками.

Проще всего сделать плот из бревен. Для этого нужно взять 4-10 сухих, одинаковых по размеру бревен и шесты, 6 шт.

Процесс строительства:

1. Брёвна подогнать максимально близко друг к другу и связать с помощью верёвок.
2. Прикрепить шесты над и под плотом, расположив их перпендикулярно бревнам.
3. Связать веревкой или проволокой выступающие концы шестов.

Из автомобильных камер

Целые автомобильные камеры являются отличным понтоном. Поскольку плот из автомобильных камер значительно легче своих аналогов из прочих материалов, не составит труда его транспортировать или перенести через мель.

Для строительства плота из шести человек понадобится:

• 8 камер от грузовых автомобилей;
• большой моток прочной капроновой веревки;
• 4 квадратных бруса;
• доски для палубы.

Строительство плота своими руками из автомобильных камер происходит так:

1. Тщательно проверить целостность камер.
2. Накачать их и разложить на ровной поверхности 4х2, а затем связать между собой капроновыми верёвками.
3. Уложить на камеры брусья и привязать их к камерам.
4. Сверху на брусья прикрепить доски палубы с помощью коротких саморезов или гвоздей.

При строительстве плота из автомобильных камер важно выбирать брусья такой длины, чтобы они выступали за пределы камер примерно на 50 см. Выступающие части брусьев возьмут на себя удар о возможные препятствия на воде и сохранят камеры от повреждения. Также следует особое внимание обращать на длину саморезов или гвоздей – они не должны выходить с обратной стороны брусьев.

Важно! Длительный водный поход на таком плоту требует подстраховки –  дополнительной запасной камеры, ремкомплекта и насоса.

Из бутылок

Довольно надежное плавательное средство можно сделать с помощью обычных пластиковых бутылок. Чем большая грузоподъёмность необходима плоту, тем большее количество бутылок понадобится.

Построить плот из пластиковых бутылок своими руками можно так:

1. Тщательно просмотреть каждую бутылку на предмет целостности, крепко закрыть крышку.
2. Сделать необходимое количество блоков из 4-х бутылок, плотно скрепив их между собой скотчем.
3. Из блоков сформировать секции, подходящие по ширине плота.
4. Присоединять новые секции, выстраивая длину плота.
5. Сверху бутылочного основания плота уложить две длинных доски.
6. На доски прикрепить поперечные досточки, равные ширине плота.

Из бочек

В зависимости от величины будущего плота понадобится от 6 до 20 пустых бочек. Большие ёмкости имеют хорошую грузоподъемность, дают более высокую посадку относительно воды.

Лучше всего использовать пластиковые бочки, поскольку они очень прочные и не подвержены коррозии. Металлические бочки также подойдут, если они не имеют явных следов ржавчины и повреждений.

На заметку! Обычно пустые бочки располагаются вдоль плота, как катамаранные понтоны.

Необходимые материалы для изготовления плота на 5-6 человек:

• 200-х литровые бочки – 8 шт;
• брусья – 0,5 м³;
• доски – 0,5 м³;
• ленточные стропы;
• гвозди и саморезы;
• металлический крепёж с перфорацией.

Процесс сборки плота происходит следующим образом:

1. Из досок собирается опалубка с отделениями для бочек.
2. Элементы каркаса крепятся при помощи гвоздей или саморезов, углы фиксируются металлическими уголками.
3. Бочки крепятся на каркасе с помощью ленточных строп.
4. Сверху настилается палуба из досок.

Самодельный якорь и весло

В пути по воде не обойтись без остановок и необходимость выполнить манёвр. Поэтому всякий плот должен иметь и якорь, и весло.

Чаще всего в качестве якоря туристы берут с собой какую-либо железную тяжесть или втыкают в дно кол, если позволяет глубина. Однако в первом случае это дополнительный вес, а во втором – дополнительная работа.

Лучший якорь можно сделать из обычной миски и веревки. Для этого необходимо взять длинную верёвку и прикрепить к ней с помощью болта с гайкой старую алюминиевую миску. Для этого посередине неглубокой миски нужно проделать отверстие, куда вставляется крепление.

Такой якорь прекрасно цепляется за неровное дно, входя в мягкий грунт и также легко достается при необходимости двигаться дальше к цели.

На заметку! Весло также можно сделать при необходимости из подручных материалов. Для этого к ровному шесту прибивается подходящая по размеру тонкая дощечка.

Уход за плотом

Поскольку изготовление любого плота требует времени и определенных материальных затрат, желательно сохранить его для навигации и в следующем году.

Поэтому следует придерживаться следующих советов в уходе за плотом:

• Не оставлять плот в воде на длительное время без необходимости. Желательно сразу после завершения плавания вытаскивать его на сухое место.
• Чтобы во время зимнего хранения древесина не стала подгнивать, её нужно обрабатывать водоотталкивающими средствами.
• Перед помещением плавающего средства на длительное хранение его следует тщательно высушить.
• Хранить его также следует в сухом помещении с достаточным уровнем проветривания.
• Плот помещается на брусья или бревна, чтобы снизу был доступ воздуха.

Полезные советы

Отправляясь в плавание на плоту, следует знать, что в течение всего путешествия именно площадь плота будет служить основным местонахождением и ночлегом. Не всегда удобно причалить к берегу и расположиться там на ночёвку, поэтому плот делают достаточного размера для установки на нём навеса и палатки.

Деревянный каркас навеса с пленкой служит крышей в непогоду, а также защищает от ветра. Опустив укрывной материал с нескольких сторон, путешественники получают довольно надёжную защиту от ветра и дождя для ночёвки, готовки и приема пищи.

Под навесом устраивается кухня и очаг для приготовления пищи, там же хранится запас дров и личные вещи. Некоторые любители сплавов устраивают в дне плота люки для доступа к воде.

На заметку! При длительном плавании удобно пользоваться трапом, который привязывается к плоту и плывёт рядом. Благодаря трапу можно выходить на берег, не замочив ноги.

Маневренность плавсредства обеспечивается  установкой уключин с веслами и лодочных моторов. Благодаря моторам плот может двигаться вверх по течению.

Если  долго плыть на плоту, необходимо детально продумать экипировку, аптечку, возможность пополнения запаса провианта и питьевой воды.

На заметку! Не лишним в длительном путешествии окажется электронный компас, пауэр банк, карта и возможность  пользоваться навигатором. Также плот должен быть оборудован биотуалетом.

Зная, как построить плот своими руками, можно реализовать давнюю мечту сплава по живописным российским рекам. Благодаря современным технологиям не окажется сложным построить плот для сплава по рекам. Чертежи всегда имеются в доступе. Важно учитывать советы бывалых путешественников, чтобы избежать возможных неприятных ситуаций.