Как измерить объем тела по закону архимеда

Архимедова сила: что это такое и как действует

Рассказываем, почему железные корабли не тонут, а воздушные шары летают, что такое «эврика» и при чём здесь Дональд Дак.

Гениальный учёный Архимед, живший в древнегреческих Сиракузах в III веке до нашей эры, прославился среди современников как создатель оборонительных машин, способных перевернуть боевой корабль. Другое его изобретение, «Архимедов винт», по сей день остаётся важнейшей деталью гигантских буровых установок и кухонных мясорубок. Мир обязан Архимеду революционными открытиями в области оптики, математики и механики.

Его личность окутана легендами, порой весьма забавными. С одной из них мы и начнём нашу статью.

«Эврика!». Открытие закона Архимеда

Однажды царь Сиракуз Гиерон II обратился к Архимеду с просьбой установить, действительно ли его корона выполнена из чистого золота, как утверждал ювелир. Правитель подозревал, что мастер прикарманил часть драгоценного металла и частично заменил его серебром.

В те времена не существовало способов определить химический состав металлического сплава. Задача поставила учёного в тупик. Размышляя над ней, он отправился в баню и лёг в ванну, до краёв наполненную водой. Когда часть воды вылилась наружу, на Архимеда снизошло озарение. Такое, что учёный голышом выскочил на улицу и закричал «Эврика!», что по-древнегречески означает «Нашёл!».

Он предположил, что вес вытесненной воды был равен весу его тела, и оказался прав. Явившись к царю, он попросил принести золотой слиток, равный по весу короне, и опустить оба предмета в наполненные до краёв резервуары с водой. Корона вытеснила больше воды, чем слиток. При одной и той же массе объём короны оказался больше, чем объём слитка, а значит, она обладала меньшей плотностью, чем золото. Выходит, царь правильно подозревал своего ювелира.

Так был открыт принцип, который теперь мы называем законом Архимеда:

На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела.

Эта выталкивающая сила и называется силой Архимеда.

Формула силы Архимеда

На любой объект, погружённый в воду, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Таким образом, вес объекта, погружённого в воду, будет отличаться от его веса в воздухе в меньшую сторону. Разница будет равна весу вытесненной воды.

Чем больше плотность среды — тем меньше вес. Именно поэтому погрузившись в воду, мы можем легко поднять другого человека.

Выталкивающая сила зависит от трёх факторов:

• плотности жидкости или газа (p);
• ускорения свободного падения (g);
• объёма погружённой части тела (V).

Сопоставив эти данные, получаем формулу:

Как действует сила Архимеда

Поскольку сила Архимеда, действующая на тело, зависит от объёма его погружённой части и плотности среды, в которой оно находится, можно рассчитать, как поведёт себя то или иное тело в определённой жидкости или газе.

Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.

Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.

Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдёт на дно.

Сила Архимеда в жидкости: почему корабли не тонут

Корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Но если корабль получит пробоину и пространство внутри заполнится водой, то общая плотность судна увеличится, и оно утонет.

В подводных лодках существуют специальные резервуары, заполняемые водой или сжатым воздухом в зависимости от того, нужно ли уйти на глубину или подняться ближе к поверхности. Тот же самый принцип используют рыбы, наполняя воздухом специальный орган — плавательный пузырь.

На тело, плотно прилегающее ко дну, выталкивающая сила не действует. Это учитывают при подъёме затонувших кораблей. Сначала судно слегка приподнимают, позволяя воде проникнуть под него. Тогда давление воды начинает действовать на корабль снизу.

Но чтобы поднять корабль на поверхность, необходимо уменьшить его плотность. Разумеется, воздух в получившем пробоину корпусе не удержится. Поэтому его заполняют каким-нибудь лёгким веществом, например, шариками пенополистирола.

Примечательно, что эта идея впервые пришла в голову не учёным, а авторам диснеевского комикса, в котором Дональд Дак таким образом поднимает со дна яхту Скруджа Макдака. Датский инженер Карл Кройер (Karl Krøyer), впервые применивший метод на практике, по собственному признанию вдохновлялся «Утиными историями».

Сила Архимеда в газах: почему летают дирижабли

В воздухе архимедова сила действует так же, как в жидкости. Но поскольку плотность воздуха обычно намного меньше, чем плотность окружённых им предметов, выталкивающая сила оказывается ничтожно мала.

Впрочем, есть исключения. Воздушный шарик, наполненный гелием, стремится вверх именно потому, что плотность гелия ниже, чем плотность воздуха. А если наполнить шар обычным воздухом — он упадёт на землю. Плотность воздуха в нём будет такая же, как у воздуха снаружи, но более высокая плотность резины обеспечит падение шарика.

Этот принцип используется в аэростатах — воздушные шары и дирижабли наполняют гелием или горячим воздухом (чем горячее воздух, тем ниже его плотность), чтобы подняться, и снижают концентрацию гелия (или температуру воздуха), чтобы спуститься. На них действует та же выталкивающая сила, что и на подводные лодки. Именно поэтому перемещения на аэростатах называют воздухоплаванием.

Источник

«Мера объема и Закон Архимеда. Применение расчетов объема в домашних условиях»

МОУ гимназия «Лаборатория Салахова»

XVII гимназические Дни науки

«Мера объема и Закон Архимеда. Применение расчетов объема в домашних условиях»

Выполнила: Морозова Екатерина,

ученица 4 «Д» класса.

Сургут, 2012 год

Введение. Как измерить жидкость? …………………………………………….3

Глава 1. Меры объема с древнейших времен. Литр. Зарубежные меры объема ……………………………………………………………………….…………….4

Глава 2. Меры объема в России …………………. …………………………. 8

Глава 3. Архимед и его закон …………………………………………………..11

Глава 4. Практические задачи………………………………….…………..…. 15

4.1 Определение объема воды вытекающей при чистке зубов, при принятии душа, при принятии ванны (у папы, у мамы, у меня и у брата) …………….15

4.2 Сколько воды может сэкономить вся наша семья в год, если будет закрывать кран при чистке зубов. 17

4.3 Проверка закона Архимеда на кухне………. 18

Введение. Как измерить жидкость?

В далекие исторические времена человеку приходилось постепенно постигать не только искусство счета, но и измерений. Когда наш предок – древний, но уже мыслящий попытался найти для себя пещеру, он вынужден был соразмерить длину, ширину и высоту своего будущего убежища с собственным ростом. А ведь это и есть измерение. Изготовляя простейшие орудия труда, строя жилища, добывая пищу, возникает необходимость измерять расстояния, а затем площади, емкости, массу, время. Наш предок располагал только собственным ростом, длиной рук и ног. Если при счете человек пользовался пальцами рук и ног, то при измерении расстояний использовались руки и ноги. Не было народа, который не избрал бы свои единицы измерения. Например, строители египетских пирамид эталоном длины считали локоть (расстояние от локтя до конца среднего пальца), древние арабы – волос из ослиной морды, англичане до сих пор пользуются королевским футом (в переводе с английского фут означает нога), равным длине ступни короля.

Однако из всех измерений наиболее трудным является мера жидкости, ее сложно измерить, например, локтями. Однако и тут человек придумал выход. Так одной из самых простых «международных» мер объёма является горсть (ладонь с пальцами, сложенные лодочкой) и пригоршня — две ладони, соединённые вместе. Со временем, этой меры стало недостаточно, и было придумано множество мер объема, пока, наконец, не остановились на литре.

Объект исследования: Развитие мер объема с древности по настоящий момент

Предмет исследования: Различные меры объема, и приемы определения объема, используемые человечеством.

Цель исследования: Выяснить оптимальный расход воды для нашей семьи дома.

Гипотеза: Если экономно расходовать воду можно сэкономить болеелитров в год.

1.Исследовать развитие мер объема с древности по настоящий момент.

2. Определить объем воды вытекающей при чистке зубов, при принятии душа, при принятии ванны (у папы, у мамы, у меня и у брата).

3. Рассчитать сколько воды может сэкономить вся наша семья в год, если будет закрывать кран при чистке зубов.

4. Проверка закона Архимеда на кухне.

Глава 1. Меры объема с древнейших времен. Литр. Зарубежные меры объема

С древних времен человеку требовалось измерять не только расстояния и длину, но объем чего либо.

Объём — количественная характеристика пространства, занимаемого телом или веществом. Объём тела или вместимость сосуда определяется его формой и размерами. С понятием объёма тесно связано понятие вместимость, то есть объём внутреннего пространства сосуда, упаковочного ящика и т. п. В древности существовали разнообразные меры жидкости и сыпучих веществ, однако единых для всех народов и государств меры не было.

Например, в Древней Греции и Риме основным мерилом для вина и оливково масла была амфора. Амфора – это горшок с двумя, как правило, вертикальными ручками, в них просовывались две деревянных палки и носили её вдвоем, если амфора была большая и тяжелая. В амфоры наливали вино, масло и воду, в них хранили и перевозили зерно, они могли быть самых разнообразных размеров. Обычный размер амфоры стал составлял примерно 26,3 л. Чаще всего амфоры делали из глины, но иногда они делались из бронзы, серебра, дерева или стекла. Часто в античности для измерения больших объемов пользовались такой мерой жидкости как метрет (большой сосуд около 40 литров).

Для измерения небольшого объема жидкости в Древнем Риме часто применяли скифос (0,27 л). Это был сосуд для питья в форме чаши с двумя горизонтальными ручками.

Меры объёма жидких тел

На чём основывалась мера

урна (кувшин для воды)

В дальнейшем у всех народов складывалась сложная и запутанная система мер. Каждое, даже самое маленькое государство, каждый хоть немного самостоятельный народ, каждый город стремились измерять своими мерами. Это вносило большую неразбериху при учете ценностей и особенно в торговле.

С развитием торговых отношений между иностранными государствами потребовалось создание эталонов. В разные века предпринимались попытки ввести эталоны. За это время система мер претерпела множество изменений.

Сейчас всем хорошо известен и повсеместно используется для определения объема жидкости такая мера как литр. Исторически название «литр» происходит от старофранцузской единицы объёма «литрон» (фр. litron), равной 0,831018 современного литра. Название «литрон», в свою очередь, возникло как производное от общего греческо-латинского корня «litra».

Историю литра в датах можно представить так:

В 1793 году литр был внедрён во Франции, как одна из новых так называемых «Республиканских единиц измерения», и определён как один кубический дециметр.

В 1879 году Международный Комитет мер и весов утвердил определение литра в один кубический дециметр и принял для него его официальный символ «l».

В 1901 году третья Генеральная Конференция по мерам и весам приняла определение литра как объёма, который занимает 1 кг воды при температуре наибольшей плотности (4 °C) и давлении в 1 атмосферу.

В 1964 году на двенадцатой Генеральной Конференции по мерам и весам литр был вновь определён через точное отношение метра, то есть как один кубический дециметр (1 дм³).

В 1979 году на шестнадцатой Генеральной Конференции по мерам и весам была признана правомерность использования обозначения литра символа «L».

Итак, в данный момент действует следующее определение литра:

« Литр (л, l, L, ℓ) — метрическая единица измерения объёма. 1 литр равен 1 кубическому дециметру: 1 л = 1 дм³ = 0,001 м³. ». Один литр равен кубу, каждая сторона которого равна 10 см.

Учитывая, что латинскую букву «l» можно достаточно легко перепутать с цифрой «1», ряд национальных метрологических организаций своего времени пытался добиться утверждения в качестве символа литра исключительно большой буквы («L»). Ради этого даже была придумана несуществующая персона — -Батист Литр, якобы от фамилии которого произошло название единицы объёма (согласно международным правилам единицы измерения, образованные от собственных имён, обозначаются только большими буквами), однако мошенничество было быстро раскрыто.

Несмотря на все усилия, предпринимаемые Генеральной Конференцией по мерам и весам, во многих странах в ходу и используются свои меры веса и объема. К примеру, нефть и бензин измеряют в баррелях, а вино и оливковое масло в галлонах. Пиво измеряют в квартах или пинтах.

Меры массы и объема, применяемые в различных странах

Анкер

Баррель

обыкновенный, для измерения

обыкновенный, для измерения

Галлон

имперский или обыкновенный

пруф-галлон, для измерения

старый, для измерения

вина и жидкостей

обыкновенный малый, для измерения

Драхма

Карат

Кварта

для измерения вина

для измерения пива

Пикуль

Пинта

вина и жидкостей

Унция

для измерения жидкостей

Бельгия, Нидерланды, ФРГ

Фунт

старая русская мера

Польша, Великобритания, США

Испания, Куба, Сальвадор

Глава 2. Меры объема в России

Из мер жидких тел Древней Руси известны: бочка, ведро, корчага, насадка, кружка, чарка… Основной мерой жидкости в России было ведро.

Одно ведро = 1/40 бочки = 10 кружек = 30 фунтов воды = 20 водочных бутылок (0,6) = 16 винных бутылок (0,75) = 100 чарок = 200 шкаликов = 12 литров

Корчагами (12 кг) меряли мед и воск. Насадка – 2,5 ведра. Бочка равнялась 4 насадкам или 10 ведрам. Бочка могла равняться и 40 ведрам при торговле с иностранцами. Более мелкие меры: штоф – десятая часть ведра, чарка – сотая часть ведра, шкалик равнялся двум чаркам.

Четверик

Золотник

Гарнец

Ведро

Четверть

Пуд

Ведро – железная, деревянная или кожаная посуда, преимущественно цилиндрической формы, с ушками или дужкой для ношения. В обиходе, два ведра на коромысле должны быть «в подъём женщине». Деление на более мелкие меры проводилось по двоичному принципу, ведро делили:

· на 4 четверти ведра

· на 8 получетвертей

· на кружки и чарки.

До середины XVII в. в ведре содержалось 12 кружек, во второй половине XVII в. так называемое казённое ведро содержало 10 кружек, а в кружке — 10 чарок, так что, в ведро входило 100 чарок.

Затем, по указу 1652 года чарки сделали втрое больше по сравнению с прежними («чарки в три чарки»). В торговое ведро вмещалось 8 кружек. Значение ведра было переменным, а значение кружки неизменным, в 3 фунта воды (1228,5 грамма). Объем ведра был равен 134,297 кубических вершков.

Бочка, как мера жидкостей, применялась в основном в процессе торговли с иностранцами, которым запрещалось вести розничную торговлю вином на малые меры. Равнялась 40 ведрам (492 л).

Материал для изготовления бочки выбирали в зависимости от её назначения: дуб — для пива и растительных масел,
ель — под воду, липа — для молока и мёда.

Ендова – это деревянная или металлическая утварь (часто, украшенная орнаментом), используемая для подачи к столу напитков. Представляла собой невысокую чашу с носиком. Металлическая ендова изготавливалась из меди или латуни. Деревянные ендовы изготавливали из осины, липы или берёзы.

Как правило, в центральной и западной частях России мерные ёмкости для хранения молока были пропорциональны суточным потребностям семьи и представляли собой разнообразные глиняные горшки, корчаги, подойники, крынки, кувшины, горланы, дойницы, берестяные бурачки с крышками, туеса, вместимость которых составляла примерно 1/4— 1/2 ведра (около 3—5 л).

Винные меры

Мера «бутылка» появилась в России при Петре I.
Русская бутылка = 1/20 ведра = 1/2 штофа = 5 чарок = 0,6 литра

(поллитровка появилась позже – в двадцатые годы XX века)

Поскольку в ведре вмещалось 20 бутылок (2 0 * 0,6 = 12 л), а в торговле счет шёл на ведра, то ящик до сих пор вмещает 20 бутылок.
Для вина русская бутылка была больше — 0,75 литра.

В России производить стекло заводским способом начали с 1635 года. К этому же времени относится и выпуск стеклянных сосудов. Первую отечественную бутылку выпустили на заводе, который был построен на территории современной подмосковной станции Истра, и продукция была, вначале, предназначена исключительно для аптекарей.

Штоф (от нем. Stof) = 1/10 ведра = 10 чаркам = 1,23 л. Появился при Петре I. Служил мерой объема всех алкогольных напитков.

Кружка (слово означает — ‘для пития по кругу’) = 10 чаркам = 1,23 л.

Чарка (рус. мера жидкости) = 1/10 штофа = 2 шкаликам = 0,123 л.

Стопка = 1/6 бутылки = 100 грамм Считалась величиной разовой дозы приёма.
Шкалик = 1/2 чарки = 0,06 л.

Четвертинка — полшкалика или 1/16 часть бутылки = 37,5 грамма.

Рассмотрев основные старорусские меры житкостей, можно сделать вывод, что и в мерах и в посуде, используемой для питья, заложен принцип соотношения объемов – 1:2:4:8:16.

Глава 3. Архимед и его закон

Много практических задач по математике и физике решил греческий учёный и изобретатель Архимед, имя которого упоминается в каждом учебнике физики. В сочинении «О плавающих телах» вывел знаменитый закон: тело, погруженное в жидкость, теряет вес, равный весу вытесненной им жидкости, — это один из самых важных законов физики. По этому закону плавают по воде тяжёлые железные суда, летают воздушные шары. Считается, что он открыл этот закон в своей ванне, когда по заказу царя Гиерона думал, как определить, сделана ли корона царя из чистого золота, или туда подмешано серебро Подозревали, что мастер утаил часть золота. Архимед знал, что золото гораздо тяжелее серебра, и, взвесив корону сначала в воздухе, а потом в воде, он сумел ответить на этот вопрос.

Он впервые решил много трудных задач по геометрии: нашёл правила вычисления площадей и объёмов различных тел, с большой точностью определил отношение длины окружности к её поперечнику.

В арифметике Архимед особенно интересовался очень большими числами. Одна из его книг так и называется: «Исчисление песчинок».

Но больше всего Архимед славился среди греков своими изобретениями. Некоторые его изобретения живут и по сей день. Например, каждая хозяйка, сама того не зная, часто пользуется «винтом Архимеда». Главную часть мясорубки — винт, который вертится внутри трубки и толкает мясо к ножам, — изобрёл Архимед две с лишним тысячи лет назад. Он придумал его, конечно, не для мясорубки, а для насосов, которыми качали воду на поля.

Архимед жил не в самой Греции, а в греческой колонии — небольшом городе Сиракузы, на острове Сицилия. Когда Архимеду было около семидесяти лет, в 212 году до нашей эры, его родной город осадили войска могущественного Рима и потребовали сдачи. Сиракузцы решили защищаться.

Одним из руководителей обороны стал Архимед. Под руководством Архимеда горожане построили много военных машин для метания тяжёлых камней и брёвен. Машины помогали им почти год отбиваться от многотысячных римских войск, но в конце концов римляне всё-таки ворвались в город и перебили почти всех жителей. Среди погибших был и Архимед.

Предание говорит, что, когда римский солдат уже замахнулся на Архимеда мечом, он крикнул: «Не трогай мои чертежи!»

Переходим теперь к знаменитому закону Архимеда. Этот закон изложен в сочинении «О плавающих телах»

Сиракузы были портовым и судостроительным городом. Вопросы плавания тел ежедневно решались практически, и выяснить их научные основы, несомненно, казалось Архимеду актуальной задачей.

Сочинение Архимеда начинается описанием природы жидкости, которая, по Архимеду, такова, «что из ее частиц, расположенных на одинаковом уровне и прилегающих друг к другу, менее сдавленные выталкиваются более сдавленными, и что каждая из ее частиц сдавливается жидкостью, находящейся над ней, по отвесу».

Это определение позволяет Архимеду сформулировать основное положение: «Поверхность всякой жидкости, установившейся неподвижно, будет иметь форму шара, центр которого совпадает с центром Земли».

Таким образом, Архимед считает Землю шаром и поверхность тяжелой жидкости, находящейся в равновесии в поле тяжести Земли, сферической. Он доказывает далее, что тела одинакового удельного веса с жидкостью (он называет их «равнотяжелыми с жидкостью») погружаются настолько, что их поверхность совпадает с поверхностью жидкости. Более легкое тело погружается настолько, что объем жидкости, соответствующий погруженной части тела, имеет вес, равный весу всего тела. Путем логических рассуждений, Архимед приходит к предположениям, содержащим формулировку его закона:

«VI. Тела более легкие, чем жидкость, опущенные в эту жидкость насильственно, будут выталкиваться вверх с силой, равной тому весу, на который жидкость, имеющая равный объем с телом, будет тяжелее этого тела».

«VII. Тела более тяжелые, чем жидкость, опущенные в эту жидкость, будут погружаться, пока не дойдут до самого низа, и в жидкости станут легче на величину веса жидкости в объеме, равном объему погруженного тела».

Как было уже сказано, выводы, полученные Архимедом, были подтверждены и развиты математиками и механиками XIX в. Основы гидростатики были заложены Архимедом, и лишь в конце XVI и первой половине XVII столетия были развиты Стевиным, Галилеем, Паскалем и другими учеными.

Основываясь на теоретической части закона Архимеда, современные ученые построили математическую модель, описывающую падение метеорита, который привел к глобальной катастрофе, именуемой в Библии «Всемирным Потопом». Причем мифы и предания многих народов Земли хранят память о этом грандиозном катаклизме, произошедшем в глубокой древности и принёсшему катастрофические последствия всему человечеству.

Эта кошмарная планетарная катастрофа, вызванная падением метеорита произошла чуть более 13 000 лет назад. Благодаря накопленным научным данным, найденным артефактам, а также открывшимся в последнее время письменным историческим источникам, уже сегодня можно довольно точно восстановить цепь тех трагических событий и перевести их из разряда мифов в разряд исторических фактов.

Климатические данные показывают, что до Потопа в районе северо-восточной Канады (полуостров Лабрадор) и в Европе господствовали ледники, а Сибирь, Аляска и Северный Ледовитый океан находились в умеренной зоне. Таким образом, климатические условия однозначно указывают, что «допотопный» Северный полюс находился ориентировочно где-то в районе между 20 и 60 меридианом западной долготы и между 45 и 75 северной параллелью

Математические расчёты, проведенные ученными, показывают, что для смещения земли на такой угол на Землю по касательной траектории должен упасть метеорит диаметром около 1 тысячи километров, летящий со скоростью 100 км в секунду. Удар такого метеорита неминуемо бы привёл к гибели всего живого на планете. А поскольку следы катастрофы такого масштаба не обнаружены, то можно предположить, что имел место разлом литосферных плит по мантии планеты. В таком случае, на Землю упал метеорит, летящий со скоростью 50 километров в секунду и имеющий диаметр около 20 километров.

Падение метеорита должно было произойти где-то на окружности, проходящей через старые и современные полюса. То есть, иметь координаты либо в диапазоне 20о…60о западной долготы, либо 120о…160о восточной долготы.

В упомянутом районе в западном полушарии следов падения крупного метеорита нет, зато в восточном полушарии, в значительной мере покрытом акваторией Тихого океана, рельеф дна позволяет допустить ассоциации с остаточным кратером.

Местом падения метеорита, вызвавшего Потоп, вполне мог быть район Филиппинского моря. Именно там мы видим как бы маленький «осколок» коры – Филиппинскую плиту, которая намного меньше любой другой на нашей планете

Данный регион характеризуется ещё и тем, что его как бы обрамляют самые глубоководные впадины на Земле, которые полностью совпадают по месту расположения с тектоническими разломами (читай – трещинами) в земной коре. Именно здесь находится и знаменитая Марианская впадинаметра глубиной.

При нормальном течении геологических процессов на дне океанов, внутренних и окраинных морей прослеживается строгая последовательность осадков, но данные геологии указывают на то, что в районе Филиппинского моря осадочные слои различного возраста находятся как бы в смешанном состоянии, что является ещё одним подтверждением в пользу предположения о месте катастрофы в Филиппинском море..

В результате падения метеорита в океан произошло не только смещения полюсов планеты, но и возникли огромные волны, высота которых достигала нескольких километров. Цунами прошли вглубь континентов на сотни километров, снося при этом всё на своём пути и увлекая за собой огромное количество грунта, деревьев и животных. Последствия этого ужасного цунами ученные находят в процессе археологических раскопок на разных континентах как в Индии, так и в Южной Америке, в Европе, в Западной и Восточной Сибири.

Глава 4. Практические задачи

4.1 Определение объема воды вытекающей при чистке зубов, при принятии душа, при принятии ванны (у папы, у мамы, у меня и у брата)

Измерим скорость вытекания воды из крана. Для этого возьмем какую-нибудь емкость, объем которой заранее известен. Затем замерим с помощью секундомера время, за которое вода наполнить эту емкость. Мы взяли банку объемом 3 литра. Несколько раз наполнили ее водой из крана. Время заполнения составило 17 секунд.

После этого, измеряем время, за которое набирается полная ванна. Это время составило 14 минут 15 секунд.

Рассчитываем, какой объем воды у нас сейчас в ванной. Для этого переводим время в секунды: 14 * 60 + 15 = 855 секунд. Затем 855 / 17 = 50 (и 1/3). Получается, что за 855 секунд у нас набралось бы 50 трехлитровых банок. Потом 50 * 3 = 150 литров и добавляем 1 литр (1/3 * 3 = 1) получается, что в ванной набралось воды объемом в 151 литр.

Папа моется под душем 10 минут. Переводим время в секунд. Это 600 секунд. Или 105 литров воды. Значит для папы экономичнее принимать душ. Мама и я принимаем душ по 20 минут, а Федя по 15 минут. Значит расход воды для нас с мамой составляет 211 литров, а для Феди 158 литров. Значит для мамы, Феди и меня принимать ванну экономичнее.

Для проверки правильности расчетов, во время заполнения ванны, на стенках ванны каждую минуту отмечался уровень воды. Позже, измерив расстояние между отметками, получили, что уровень воды поднимался на 5 см каждые 3 минуты.

Для проверки расчетов, из наполненной ванны зачерпнем воды и измерим на сколько опустится уровень. Воды была зачерпнута в банку объемом 3 литра и ведро объемом 10 литров. Всего 13 литров.

Уровень воды при этом опустился на 2 см.

Делаем расчет: сколько за 3 минуты в ванну набирается воды. 3 минуты * 60 = 180 секунд. 180 / 17 = 10 (и 2/3) трехлитровых банок. 10 (и 2/3) * 3 = 32 литра воды. Получается, что 32 литра воды – это слой воды в ванне 5 см. Если уровень воды упал на 2 см, то воды уменьшилось на 32 / 5 * 2 = (примерно) 13 литров. А мы как раз и забрали воды в ведро и банку 13 литров, значит, наши расчеты верны.

4.2 Сколько воды может сэкономить вся наша семья в год, если будет закрывать кран при чистке зубов?

Рассчитаем экономию воды во время чистки зубов. Многие люди, когда чистят зубы, не закрывают кран и вода течет все время. Я когда чищу зубы, всегда закрываю кран, чтобы лишняя вода не утекала. Засечем общее время чистки зубов, и время когда открыт кран с помощью секундомера. Получилось, что время чистки зубов составляет 2 минуты, при этом кран был открыт три раза общая продолжительность, когда вода текла, составила 25 секунд.

Измерим скорость вытекания воды из крана в раковине с помощью трех литровой банки и секундомера. Банка полностью набралась за 1 минуту 16 секунд или за 76 секунд.

3 литра = 3000 миллилитров делим на 76 секунд получается 39 мл в секунду вытекает вода из крана в раковине.

Если бы я не закрыла кран, то расход воды на чистку зубов составил бы 2 * 60 * 39 = 4680 мл или 4 литра 680 мл.

На я закрыла кран и расход воды составил 25 * 39 = 975 мл (чуть меньше литра).

Экономия воды 4680 – 975 = 3705 мл.

У нас семья из 4 человек, мы чистим зубы 2 раза в день, общая экономия в день составляет 2 * 4 * 3705 = 29640 или почти 30 литров воды.

Экономия в месяц 29640 * 30 = 889200 мл или 889 литров.

А в год получается 365 * 29640 = мл или почти 10819 литров.

При стоимости горячей воды в 121 руб. 50 коп. за 1 метр кубический или за 1000 литров.

Получается, что в год наша семья экономит 10819 / 1000 * 121,50 = 1315 руб.

По результатам последней переписи населения в 2010 году в г. Сургуте проживало 306 700 человек. Если каждый будет экономить воду, то все жители нашего города могут сэкономить в год 306700 * 365 * 2 * 3705 = мл или 829 516 м3. Подсчитаем стоимость такого объема воды: 829516 * 121,50 = руб. или 100 млн. 786 тыс. 194 руб. На эти деньги можно построить детский сад среднего размера.

4.3 Проверка закона Архимеда на кухне.

Если погрузить в воду какой-либо предмет, то уровень воды увеличится на объем этого предмета. Проведем опыт, для этого возьмем мерный стакан и несколько разных предметов – фруктов.

Нальем воды 600 мл, затем опустим в воду мандарин так, чтобы он полностью скрылся под водой. Объем воды и мандарина стал равен 705 мл. Значит объем мандарина составляет 705 – 600 = 105 мл.

Затем возьмем яблоко и полностью погрузим в воду, уровень воды поднимется до отметки 850 мл. Значит объем яблока равен 850 – 600 = 250 мл.

Потом возьмем апельсин и положим в мерный стакан, уровень воды достигнет 910 мл. Значит, объем апельсина равен 910 – 600 = 310 мл.

Исследования показали, что для измерения объемов жидкости люди использовали самые разнообразные мерки, чаще всего они были связаны с предметами, в которых эту жидкость хранили, переносили, транспортировали. В дальнейшем с развитием торговли такая разноплановая система стала неудобна, и Международный Комитет мер и весов утвердил единую для всех мерку литр. Однако и по сей день во многих странах еще применяют традиционные для них меры объема, например галлон или баррель.

Кроме того, в процессе исследования, был рассмотрен основной закон Архимеда. Практические исследования проведенные в домашних условиях еще раз доказали правильность выводов, сделанных Архимедом. Кроме того, с помощью закона Архимеда определили, что метеорит, вызвавший всемирный потом летел со скоростью 50 километров в секунду и имел диаметр около 20 километров.

Кроме этого исследования доказали, что для папы экономичнее принимать душ, а для мамы, Феди и меня принимать ванну экономичнее.

Семья из четырех человек может сэкономить 10 819 литров воды в год. В рублях это составит 1315 руб. Однако если все жители Сургута будут экономить, то смогут сэкономить в год 829 516 м3. или 100 млн. 786 тыс. 194 руб. На эти деньги можно построить детский сад среднего размера. Что еще раз доказывает, что даже, казалось бы, простые и не сложные вещи могут привести к значительным результатам, если делать их все вместе.

1. Ученый из Сиракуз (Архимед). М., 1982;

2., . Античный мир в терминах, именах и названиях: Словарь-справочник по истории и культуре Древней Греции и Рима / Науч. ред. . — 3-е изд. — Мн: Беларусь, 2001

3. , Устюгов метрология. Учеб. пособие — 2-е изд. — М.: «Высшая школа», 1975. — 328 с.

Источник