Спортпит

Опыт по физике водолаз. Картезианский водолаз история опыта

Многие приборы и приспособления для наочной демонстрации тех или иных физических явлений и законов носят названия географических мест, где они были разработаны или где использовались. Сегодня мы Вам хотим представить один из таких приборов. Это картезианский водолаз – прибор для исследования условий плавания тел и демонстрации закона Архимеда.

Как же можно изготовить картезианский водолаз? За основу нужно взять цилиндрическую тонкостенную пробирку или похожий сосуд. Потом налить около трети объема и поместить плавать в банку с водой. Далее наполним нашего водолаза водой с помощью пипетки до уровня, когда он плавает, выступая над поверхностью воды в банке на высоту 1–1,5 мм. Теперь картезианский водолаз готов к погружению. А плавать водолаз будет в высоком прозрачном сосуде, например, мензурке. Причем надо учесть, что сосуд нужно будет закрывать сверху тонкой резиновой пленкой или пробкой.

А как же, наполненный водой, картезианский водолаз перенести из банки в мензурку? Это не так просто с первого раза, но после определенной тренировки получится. Итак, пробирку-водолаза вынимают из банки, закрыв сверху плотно пальцем, потом переворачивают, опускают в мензурку с водой и под водой убирают палец. Все, водолаз может плыть – при успешном погружении пробирка плавает в воде практически полностью погруженной в нее.

Чтобы погрузить картезианский водолаз, нужно закрыть мензурку тонкой резиной, например от хозяйских или медицинских перчаток. А лучше закрыть сосуд резиновой пробкой со стеклянной трубкой, на которую одеть резиновую трубку длиной около 10 см. Свободный конец резиновой трубки также закрыть пробкой.

Демонстрировать условия плавания тел можно следующим образом. Нажимая на резиновую крышку или сжимая с помощью пальцев резиновую трубку, будем наблюдать погружение или всплытие нашего водолаза. Можно подбирать такие условия, когда картезианский водолаз будет внизу сосуда, вверху или посредине.

Как можно объяснить наблюдаемое с точки зрения физики? Сжимая резиновую трубочку или нажимая на резиновую перегородку, мы увеличиваем внутри прибора и в пробирку-водолаза входит немного воды (кстати, это можно также увидеть – следует лишь как-то, например, с помощью нитки или резинки, указать начальное положение воды в пробирке). Вес пробирки становится больше от выталкивающей силы и пробирка тонет. При отпускании резиновой трубки или перегородки сжатый в пробирке-водолазе воздух выдавливает лишнюю воду, пробирка становится легче и всплывает.

Поведение картезианского водолаза очень хорошо демонстрирует принципы погружения подводных лодок. В корпусе судна имеются цистерны, в которые для погружения лодки набирают забортную воду. Когда же нужно всплывать, то сжатым воздухом эту воду выдавливают за пределы лодки.

Сразу хотим сказать, что здесь описана только общая схема такого интересного физического эксперимента-демонстрации, как картезианский водолаз. Конечно, кто-то пробирку разрисует разными цветами или нарисует на ней водолаза, например, с помощью лака для ногтей. А кто-то приклеит фигурку сверху. При неимении пробирки можно поэкспериментировать с глазной пипеткой. Так или иначе, здесь нет ограничения фантазии и Ваш картезианский водолаз может быть оригинальным и неповторимым. Как и путь в невероятно интересный мир науки...

Экспериментальные домашние задания:

Картезианский водолаз . Веселый физический опыт дома

Роль водолаза будет выполнять пипетка, а сосудом послужит обыкновенная пластиковая бутылка.

Инструкция:

Наполните бутылку водой, оставив два-три миллиметра до края горлышка.

Возьмите пипетку, наберите в нее немного воды и опустите в горлышко бутылки. Она должна своим верхним резиновым концом быть на уровне или чуть выше уровня воды в бутылке. При этом нужно добиться, чтобы от легкого толчка пальцем пипетка погружалась, а потом сама снова всплывала.

Теперь, закрутив бутылку пробкой, нажмите на боковые стенки бутылки. Пипетка пойдет на дно бутылки. Ослабьте давление пальцев или ладони - она снова всплывет. Можно, регулируя силу нажатия на бутылку, заставить пипетку «зависнуть» на одном уровне.

Объяснение:

Дело в том, что мы, сжимая бутылку, передаем это давление воде. Давление в жидкостях передается во все стороны одинаково (т.е. не только в направлении сжатия, но и вверх тоже). Поэтому вода снаружи вдавилась в пипетку - пипетка стала тяжелее и утонула. При прекращении давления сжатый воздух внутри пипетки удалил лишнюю воду, наш «водолаз» стал легче и всплыл.

Когда пипетка находится на дне бутылки, легко проследить, как от усиления нажима на бутылку вода входит в пипетку, а при ослаблении нажима выходит из нее.

Скобельцин Андрей

Дополнительный материал для 7 класса.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Картезианский водолаз.

Картезианский водолаз. Цель обучения физики конкретна, Уметь на практике все знания применять, И важно помнить – роль эксперимента Должна на первом месте устоять.

Картезианский водолаз. Картезианский водолаз – это классический научный эксперимент, названный в честь французского учёного – Рене Декарта, и демонстрирующий принцип плавучести.

Рене Декарт (Картезиус) (1596-1650)

Картезианский водолаз

Картезианский водолаз.

Блез Паскаль.

Балластные цистерны подводных лодок.

Опыт Жозефа Плато. Есть опыт – занимательный! И, если ты внимательный, Умом самостоятельный И с физикой на “ ты ” То опыт занимательный, Весёлый, увлекательный Тебе откроет тайны и новые мечты.

Жозеф Плато (1801-1883)

Опыт Жозефа Плато.

Спасибо за внимание!!!

Предварительный просмотр:

Картезианский водолаз.

О том, что физика наука молодая,
Сказать определённо здесь нельзя.
И в древности науку познавая,
Стремились постигать её всегда.
Цель обучения физики конкретна,
Уметь на практике все знания
применять,
И важно помнить – роль
эксперимента
Должна на первом месте устоять.

Законы физики основаны на фактах, установленных экспериментальным опытным путём. Изучение физики предполагает широкое использование экспериментов.
Картезианский водолаз – это классический научный эксперимент, названный в честь французского учёного Рене Декарта и наглядно демонстрирующий принципы плавучести.
Рене Декарт (на латыни его фамилия звучит как Картезиус) – математик, физик, физиолог и философ, изучая гидростатические явления, впервые сконструировал и продемонстрировал действие прибора, на основе которого позже создали игрушку, которую и назвали в его честь – Картезианский водолаз. Прибор - стеклянный цилиндр, наполненный водой, в которой вертикально плавала полая стеклянная фигурка человечка. Фигурка находилась в верхней части сосуда. Когда нажимали на мембрану – резиновую плёнку, закрывающую верх цилиндра фигурка медленно опускалась вниз на дно. Когда переставали нажимать на мембрану, фигурка поднималась вверх.
Вариантов проведения физического опыта Картезианский водолаз (другое название – Декартов поплавок) много. Самый простой и наглядный – опыт с пипеткой. Наливаем в пластиковую бутылку теплую воду и опускаем внутрь бутылки пипетку, предварительно набрав в неё немного воды. Пипетка должна плавать, чуть-чуть выступая над уровнем воды. Закрываем бутылку крышкой и плотно завинчиваем. Сжимаем бутылку – пипетка опускается на дно, прекращаем нажимать – пипетка поднимается наверх. Почему это происходит? Сжимая бутылку, мы передаём это давление воде. Давление повышается. Давление в жидкостях передаётся во все стороны одинаково (закон Паскаля). Вода снаружи вдавливается в пипетку – пипетка стала тяжелей и утонула. При прекращении давления на бутылку, сжатый воздух внутри пипетки удалил лишнюю воду и пипетка всплыла.
Тела внутри жидкости, например, подводные лодки и батискафы, плавают если их плотность равна плотности окружающей жидкости. Эту плавучесть, т.е. свойство, погружённого в жидкость тела оставаться в равновесии, можно регулировать, изменяя среднюю плотность. Для подводных лодок это делают путём продувки балластных цистерн.
Опыт Картезианский водолаз служит для исследования условий плавания тел и демонстрации закона Архимеда.

Предварительный просмотр:

Опыт Жозефа Плато.

Есть опыт – занимательный!
И, если ты внимательный,
Умом самостоятельный
И с физикой на “ты”.
То опыт занимательный,
Весёлый, увлекательный
Тебе откроет тайны и новые мечты.

Мы привыкли думать, что жидкость не имеет никакой собственной формы. Но это не так. Естественная форма любой жидкости – шар. Но сила тяжести мешает жидкостям принимать эту форму, она либо растекается тонким слоем, либо принимает форму сосуда, в который налита. Находясь внутри другой жидкости такого же удельного веса, жидкость по закону Архимеда, теряет свой вес: она словно ничего не весит, сила тяжести на неё не действует и тогда жидкость принимает естественную шарообразную форму.
Опыт бельгийского физика Жозефа Антуана Фердинанда Плато показывает, как под действием сил поверхностного натяжения жидкость превращается в шар. Плато впервые произвёл опыт, показывающий, что масло внутри сосуда с разбавленным спиртом собирается в шар, который не тонет и не всплывает. При быстром вращении этого шара от него отделяется кольцо, которое в свою очередь разрывается на части. Образуются шарики, которые продолжают обращаться вокруг основного шара. Плотность спирта меньше плотности масла, а плотность масла меньше плотности воды.
Превращаем жидкость в шар. Вариант 1. Смешиваем спирт с водой в пропорции 1:1. Наливаем в стакан и вводим растительное масло. Масло располагается в середине стакана, образуя красивый желтый шар.
Вариант 2. Маленький стакан, предварительно сполоснув его водой, наполняем маслом и ставим в большой стакан, в который наливаем спирт так, чтобы маленький стакан был погружён в него полностью. Затем по стенке большого стакана понемногу осторожно доливаем воду. Поверхность масла становится выпуклой, а при достаточном количестве воды поднимается из стакана, образуя шар. Силы поверхностного натяжения всегда стремятся сократить площадь поверхности жидкости.
Вариант 3. Наливаем воду в стакан. Капаем подсолнечное масло, понемногу добавляем спирт. Масло собирается в ровный гладкий шар. Пропустив через центр масляного шара проволоку (можно насадить на неё смоченный маслом картонный кружок), начинаем вращать шар. При вращении от него отделяется кольцо.
Вариант 4. Наливаем половину стакана воды, затем аккуратно по стенке стакана, чтобы жидкости не перемешались, наливаем спирт. Долив стакан почти доверху, осторожно вливаем чайную ложку растительного масла. Масло собирается в шар и как бы “парит” на границе раздела воды и спирта.

Слайд 1

Описание слайда:

Слайд 2

Описание слайда:

Слайд 3

Описание слайда:

Слово картезианский водолаз КАРТЕЗИАНСКИЙ, картезианская, картезианское. Прил. к Картезий (латин. Форма фамилии фр. философа Декарта - Cartesius). Картезианская философия. Картезианский водолаз (физ.) - наполненная пополам воздухом и водой куколка в закупоренном резиновой перепонкой сосуде с водой, то опускающаяся на дно, то поднимающаяся на поверхность при надавливании на перепонку, - демонстрационный приборчик, изобретенный Декартом для объяснения гидростатического давления, использованный потом как игрушка, известная под названием "американский", или "морской житель

Слайд 4

Описание слайда:

Сооружаем водолаз Устройство "водолаза" показано на рисунке. Возьмите молочную бутылку, пузырек от какого-нибудь лекарства и надувной резиновый шарик (им придется пожертвовать). Бутылку наполните водой почти до горлышка. Пузырек опустите отверстием вниз в воду и, наклонив его, впустите в него немного воды. Количество воды в пузырьке надо отрегулировать так, чтобы пузырек держался на, поверхности воды, но от малейшего толчка уходил под воду (удобно взять соломинку и через нее вдувать под водой воздух в пузырек, пока он не всплывет). Затем накройте горлышко бутылки резиновой пленкой от шарика и привяжите ее ниткой вокруг горлышка.

Слайд 5

Описание слайда:

Действие водолаза Нажмите на пленку - и "водолаз" пойдет ко дну. Отпустите - и "водолаз" всплывет. Тонет он вот почему. Когда вы нажимаете на пленку, воздух под ней сжимается, давление в бутылке увеличивается и загоняет в пузырек еще немного воды. Пузырек становится тяжелее и опускается. Как только вы отпускаете пленку, давление в бутылке уменьшается, сжатый воздух в пузырьке выгоняет лишнюю воду, и "водолаз" всплывает.

Слайд 6

Описание слайда:

Слайд 7

Описание слайда:

Слайд 8

Описание слайда:

Слайд 9

Описание слайда:

Слайд 10

Описание слайда:

Слайд 11

Описание слайда:

Слайд 12

Описание слайда:

Слайд 13

Описание слайда:

Слайд 14

Описание слайда:

Слайд 15

Описание слайда:

Слайд 16

Описание слайда:

Слайд 17

Описание слайда:

Слайд 18

Описание слайда:

Слайд 19

Описание слайда:

Слайд 20

Описание слайда:

Слайд 21

Описание слайда:

История опыта.

Опыт «Картезианский водолаз» был придуман французским ученым Рене Декарт (1596-1650, по латыни его фамилия Cartesius звучит как Картезий) для демонстрации гидростатических явлений.

Описание опыта.

Сегодня изготовить такой прибор проще, чем во времена Декарта. Высокую стеклянную банку наполняли водой, оставляя сверху небольшой объем воздуха. В этот сосуд опускали небольшую полую стеклянную фигурку. Фигурку частично заполняли водой так, чтобы она немного выступала над уровнем воды в сосуде. Сверху сосуд плотно закрывали куском тонкой кожи. Нажимая на эту мембрану, можно было заставить фигурку плавать в воде, а также тонуть.

Предназначение опыта.

С его помощью можно демонстрировать:
закон Паскаля
архимедову силу
условия плавания тел
Так что опыт по сути является физическим прибором (установкой).

Оборудование.

пластиковая бутылка емкостью 1,5 л,
пробирка или медицинская пипетка

Ход работы.

1. Наполним бутылку водой (количество воды, которое надо налить в пузырек, чтобы он не тонул, но и не был слишком плавучим, можно определить только экспериментально)

Ход работы.

2. Опустим в бутылку частично заполненную водой пробирку (или пипетку) и плотно закроем бутылку крышкой.

Ход работы.

3. Сжимая бутылку, можно реализовать любое из трех условий плавания: пробирка тонет, плавает на заданной глубине или всплывает.

Объяснение.

Пузырек («водолаз») начнет тонуть, потому что при нажатии на резиновую пробку вы изменяете давление воздуха в бутылке. Под действием этого давления вода затекает в пузырек, сжимая воздух, находящийся в нем, до меньшего объема. Наполняясь водой, пузырек становится тяжелее, теряет часть своей плавучести и начинает тонуть (Fтяж > Fа).
Когда давление на пробку ослабевает, уменьшается и давление на воду в бутылке. Более легкий воздух расширяется и выталкивает некоторое количество воды из пузырька. Пузырек становится легче и снова всплывает (Fтяж
Так регулируя давление рукой можно добиться равенства Fтяж = Fа, и «водолаз» будет плавать в любом месте сосуда.