Fizyka w doświadczeniach

Fizyka w doświadczeniach


 

2. Pływa czy tonie?

Jak sprawdzić czy:

Czy siła wyporu zależy od objętości zanurzonego ciała?

Fw = ρ·V ·g

f3 f4

A                             B

Obciążoną piaskiem puszkę zawieszamy na siłomierzu i zanurzamy do połowy w naczyniu z cieczą. Odczytujemy wskazanie siłomierza (zdjęcie A).
Następnie puszkę zanurzamy całkowicie i zaznaczamy nowe położenie wskazówki siłomierza (zdjęcie B)

Różnica w położeniu wskazówki (co ilustrują strzałki), świadczy o tym, że siła wyporu zależy od objętości zanurzonego ciała.

 

"Statek przemytników"

Wiedzę tę wykorzystywali przemytnicy, podwieszając przewożony nielegalnie towar pod statkiem.

statekp

Możesz samodzielnie się o tym przekonać  wykonując kolejne doświadczenie.

Pudełeczko z jajka niespodzianki musisz odpowiednio obiążyć.

statek1

statek3 statek4

 

a. Jeśli przymocujesz je (za pomocą dwustronnej taśmy) do zakrętki po małym dezodorancie i umieścisz w wodzie będzie pływało, ponieważ objętość zanurzonego ciała jest równa sumie objętości podwieszonego pudełka i "statku" z zakrętki.

statek2 statek5

b. Gdy obciążone pudełko włożymy do zakrętki po dezodorancie nasz statek zatonie.

Siła ciężkości działająca na "statek" w obu opisywanych przypadkach się nie zmieniała.

 

Komu łatwiej unosić się na wodzie "puszystym" czy "chudzielcom"?

Średnia gęstość ciała ludzkiego zmienia się zazwyczaj w granicach 0,97 - 1,06 g/cm3

Przy czym:

kości        kosc

skóra        skora

i mięśnie  miesnie

przyczyniają się do zwiększenia średniej gęstości ciała,

a tkanka tłuszczowa ją obniża.

puszysty

Zatem "puszystym" łatwiej jest pływać.

Zachęcamy do obejrzenia na Discovery filmu z serii BRAINIAC

 

Opisany film zainspirował nas do wymyślenia kolejnego doświadczenia.

 

Słoninę i chude mięso o tej samej masie zanurzamy w misce z wodą.

slonina mieso msplywanie1

Słonina przy tej samej masie co mięso pływa, bo ma mniejszą gęstość, a zatem większą objętość od mięsa, natomiast  mięso tonie.

 

Flotacja

Zachodzi, gdy gęstość cząsteczek jest sztucznie zmniejszana aby pozwolić im na unoszenie się na powierzchni wody. Opiera się to na zdolności cząsteczek danego ciała stałego lub cieczy do łączenia się z pęcherzykami gazu w celu wytworzenia połączenia cząsteczka - gaz o gęstości mniejszej niż ciecz.
Wynalazek ten został opatentowany w 1886 przez amerykańską nauczycielkę C. B. Everson. Odkrycie jej było przypadkowe. Piorąc zabrudzone tłuszczem worki, w których przechowywano chalkopiryt CuFeS2 stwierdziła, że drobne cząsteczki minerału wypływają wraz z pianą na powierzchnię cieczy.

Doświadczenie to możesz wykonać samodzielnie. Do wysokiej szklanki wlej gazowaną wodę, a nastepnie wrzuć jakieś owoce np. rodzynki albo winogrona.
Zobacz filmy:

Opis zjawiska pochodzi z książki:
Ryszarda Błażejewskiego 100 prostych doświadczeń z wodą i powietrzem, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1991.

Więcej dowiesz się z artykułu:


Woda jest najciekawszą cieczą. Zwiększa swoja objętość podczas zamarzania, a to oznacza, że powstały z niej lód musi mieć mniejszą gęstośc od wody.
Stąd wzięło się powiedzenie "wierzchołek góry lodowej"

goralod

Tylko 1/9 góry lodowej wystaje nad powierzchnię wody !!!

lod_butelka1 lod_butelka2 lod_butelka3

O tym, że woda zwiększa swoją objętość podczas zamarzania możesz się przekonać wykonując następujące doświadczenie. Szklaną butelkę wypełnij wodą i zakręć zakrętką. Pozostaw na mrozie i obserwuj zachowanie wody w butelce.

Zjawisko to towarzyszy nam zawsze w zimie. Pływająca po rzekach kra ma mniejszą gęstość od zimnej wody w rzekach.

lodolamanie_na_zbiorniku kra3 spietrzenia_na_brzegch_towarzyszace_pochodowi_lodu

 

Jeśli lód włożymy do innych cieczy to zatonie.

lod

Na rysunku lód  znajduje się kolejno w wodzie, denaturacie i czystym spirytusie.

Gęstość spirytusu jest mniejsza od gęstości lodu, dlatego lód tonie.

 

Historia powstania statków podwodnych

Historia powstania statków podwodnych sięga już XV wieku kiedy to wenecki inżynier Robert Valturius przedstawił rysunek tego typu okrętu, jego kontynuatorem był Leonardo Da Vinci, pierwszy szczegółowy projekt z opisem przygotował natomiast William Bourne, natomiast pierwszym konstruktorem łodzi podwodnej był Cornelius J. van Drebbel, który zbudował statek tego typu w 1620 roku.
Do najbardziej znanych statków podwodnych należą : Nautilus Roberta Fultona, Brandtaucher Wilhelma Bauera oraz francuski Narval, a także niemiecki XX-wieczny U-Boot, który później został wykorzystany w I i II wojnie światowej.
Źródła informacji: 1 2


W jaki sposób zanurzają się okręty podwodne?

Okręty podwodne posiadają skomplikowane systemy zanurzenia, składające się z wielu zbiorników balastowych: głównych, trymujących, uzupełniających itp. Wszystko sterowane mnóstwem zaworów. Są one połączone ze zbiornikami ze sprężonym powietrzem. Okręt pływając po powierzchni posiada dodatnią pływalność, gdyż w owych zbiornikach jest powietrze.

Gdy ma się zanurzyć, zostają otwarte odpowietrzniki i zbiorniki balastowe zostają zalane wodą, która wpływa do nich przez otwory denne. Okręt zyskuje pływalność neutralną lub ujemną - zanurza się i może płynąć pod powierzchnią wody. Gdy ma się wynurzyć, woda zostaje wypchnięta ze zbiorników balastowych za pomocą sprężonego powietrza i okręt odzyskuję dodatnią pływalność.

lodz_balast

Możesz sam wykonać model takiego podwodnego statku.

Tabletki musujące, znana postać leków, zawiera w swoim składzie oprócz substancji leczniczej - najczęściej wodorowęglan sodowy NaHCO3 i odpowiedni kwas - najczęściej cytrynowy. Oba te związki występują jako ciała stałe i wymieszane, bez obecności wody nie reagują ze sobą. W momencie wrzucenia do szklanki z wodą tabletki ze środkiem leczniczym zawierającej węglan i kwas, następuje między nimi reakcja i silniejszy kwas (cytrynowy) wypiera z węglanu słabszy kwas (węglowy), który przechodzi w CO2 .
My wykorzystujemy do doświadczeń przeterminowane tabletki wapna lub multiwitamin.
Do wykonania modeli łodzi podwodnych potrzebne są przedmioty i materiały codziennego użytku. Wszystkie prezentowane modele działają po zanurzeniu w wodzie.


Opis zbudowanych przez nas łodzi podwodnych z wykorzystaniem tabletek musujących:

1. Do wykonania łodzi podwodnej potrzebna jest szklana butelka, szklane kulki, małe baloniki i połówka musującej tabletki. Do butelki wrzucamy kulki, wlewamy wodę, na wysokość ok. 1 cm od dna butelki i na koniec wkładamy pół musującej tabletki.
Wszystko zamykamy małym balonikiem. Nastepnie wrzucamy do przezroczystego cylindrycznego naczynia wypełnionego wodą. Przed wrzuceniem musimy odwrócić butelkę, tak by woda zwilżyła tabletkę. Nasza łódź spadnie na dno i po chwili, gdy balonik wypełni się gazem zacznie się wynurzać. Jeśli okaże się, że łódź pozostaje na dnie, należy zmniejszyć jej obciążenie.

llodz1 lodz2 lodz3 lodz4

Łódź podwodna

2. Średniej wielkości pojemnik po musujących tabletkach obciążamy (np. nakrętkami) w taki sposób aby pływał pionowo zanurzony, równo z powierzchnią wody. Następnie dodatkowo wkładamy do środka musującą tabletkę i wlewamy wodę zatykając pojemnik korkiem, w którym wytopiliśmy rozgrzanym gwoździem trzy otwory. Wrzucamy go do przezroczystego cylindra wypełnionego wodą (korkiem do dołu). Nasza łódź po chwili startuje, ponieważ woda znajdująca się pojemniku wypychana jest przez wydzielający się gaz. Przypomina to opróżnianie są zbiorników balastowych w łodziach podwodnych. (Doświadczenie to, można także wykorzystać do ilustracji siły odrzutu).

lodz1

Odrzutowa łódź podwodna

 

Nurek Kartezjusza

Szklaną lub plastikową fiolkę obciążamy przy otworze (najlepiej stalowymi nakrętkami) i zanurzamy (otworem w dół) w naczyniu wypełnionym wodą. Obciążenie dobieramy w taki sposób, żeby nurek pływał zanurzony równo z powierzchnią wody. Jeśli nurek jest już odpowiednio obciążony, to wkładamy go do dużej, plastykowej butelki po napojach i zakręcamy. Gdy naciskasz butelkę nurek tonie, jeśli przestajesz naciskać nurek się wynurza.

nurek

Nurek Kartezjusza

Więcej na temat nurka

 

Jak zachowują się ciała o jednakowych objętościach zanurzone w tej samej cieczy?

v_jednakowe

Jeżeli objętości ciał są jednakowe i zanurzone są w tej samej cieczy, to siły wyporu działające na te ciała mają taką samą wartość.

Zatem o tym czy zatoną, czy będą pływać decyduje ich obciążenie.

v1 v2

 

Jak wytłumaczyć fakt, że dwie puszki o jednakowych objętościach różnie zachowują się gdy zanurzymy je w wodzie.

puszki1

Tajemnica tkwi w różnych masach i gęstościach. Zwykła Pepsi ma większą gęstość, ponieważ słodzona jest cukrem, natomiast Pepsi light słodzona słodzikiem ma mniejszą gęstości więc pływa.

puszki2 puszki3

 

Wszystkie ciała stałe pływają w cieczach jeżeli ich gęstość jest mniejsza lub równa  gęstości cieczy. Możesz się o tym przekonać obserwując zachowanie się drobinek w zamieszczonej niżej klepsydrze.

Nie spadają w dół tylko wypływają w górę.

k2 k4 k5 k6

 

Pływanie cieczy

Podobna zasada obowiązuje w cieczach.

woda_olej kieliszek ciecze

 

Pływać można również w piasku...

Czy metalowa kula, o gęstości znacznie większej od gęstości piasku, położona  na jego powierzchni zatonie w nim?
Okazuje się, że nie! Czym różni się piasek od wody? Zastanawiał się nad tym kiedyś angielski fizyk Robert Hooke. I doszedł do następującego wniosku: cząsteczki piasku w odróżnieniu od cząsteczek wody nie mogą się tak swobodnie poruszać. Jeżeli natomiast wprawimy cząsteczki piasku w ruch (zaczynamy potrząsać naczniem) tak, aby piasek zaczął przypominać ciecz to kula zaczyna w nim "tonąć". Gdy jednak w tym samym piasku zanurzymy pustą kulę o tych samych rozmiarach, to przy poruszaniu naczyniem "wynurzy" się ona podobnie jak wszystkie ciała o mniejszej gęstości  od cieczy, w której są zanurzone.

Wykonaj inną wersję opisanego doświadczenia, którego zdjęcie zamieszczonone jest niżej.

cialo_stale

 




1. Pływa czy tonie? 

domenico-fetti_archimedes_1620 a7

W poprzednim artykule została przybliżona postać Archimedesa. Nadszedł czas na
zapoznanie się z jego prawem.

Oto stara jego wersja:
Ciało zanurzone w cieczy traci pozornie na swoim ciężarze tyle, ile waży wyparta przez nie ciecz.

oraz wersja współczesna:
Na ciało zanurzone w płynie
(cieczy lub gazie) działa pionowa, skierowana ku górze siła wyporu. Wartość siły jest równa ciężarowi wypartego płynu.

Fw = ρ·g·V

Fw - siła wyporu
ρ -  gęstość płynu (cieczy lub gazu)
g - przyspieszenie ziemskie
V - objętość wypieranego płynu równa objętości części ciała zanurzonego w płynie

Doświadczenia związane z pływaniem ciał

Jak sprawdzić:
1. Czy w cieczach  istnieje siła wyporu?
Obciążoną piaskiem puszkę zawieszamy na siłomierzu i odczytujemy jego wskazania (zdjęcie A).
Następnie puszkę wkładamy do naczynia z wodą i zaznaczamy nowe położenie wskazówki siłomierza (zdjęcie B)

f1 f2

A                                               B

Różnica w położeniu wskazówki (co ilustrują strzałki), świadczy o istnieniu siły wyporu.

 

2. Czy siła wyporu zależy od gęstości cieczy?

Do dwóch naczyń wlewamy ciecze. Pojemnik A wypełniamy wodą destylowaną a pojemnik B nasyconym roztworem wody z solą. Następnie wrzucamy to samo jajko kolejno do naczynia A i B. Jak widać na zdjęciach jajko po wrzuceniu do naczynia z wodą destylowaną tonie, a po wrzuceniu do naczynia z nasyconym roztworem wody z solą utrzymuje się na powierzchni.

jajo1 jajo2

A                                B

H2O                   H2O + NaCl

Wynika z tego, że gęstość cieczy ma wpływ na zanurzenie ciała, czyli siła wyporu zależy od gęstości cieczy, w której pływamy!
Największe zasolenie ma Morze Martwe. Jego gęstość wynosi  ρ = 1.35 g/cm3 , wody ρ = 1 g/cm3

Zatem płyń, ale uważaj na... gęstość wody!

 

3. Na gęstość cieczy wpływają dwa czynniki:

a. temperatura

b. uwalniające się w niej gazy

 

a. Jak pokazać, że temperatura cieczy ma wpływ na jej gęstość?

Sprawdzisz to, gdy  wykonasz natępne doświadczenie.
Przygotowujemy dwa przezroczyste naczynia. Do jednego z nich wlawamy zimną wodę - zdjęcie A, a do drugiego gorącą wodę - zdjęcie B. Następnie zanurzamy w tych naczyniach areometr i odczytujemy jego położenie w obu sytuacjach. Różnicę w zanurzeniu obrazują gumki ( zielona i czerwona). Dowodzi to niezbicie, iż areometr w wodzie gorącej zanurza się głębiej niż w wodzie zimnej, co ilustrują nam dołączone zdjęcia. Dzieje się tak dlatego, że woda gorąca ma mniejszą gęstość niż woda zimna, zatem w gorącej wodzie na areometr działa mniejsza siła wyporu.

aer1 aer2

A              B

Termometr Galileusza

Zjawisko to wykorzystał Galileusz, budując "swój" termometr.
g1 gal2m gal4m gal6m
Wobec różnych informacji, jakie ukazują się na ten temat, trudno jest ustalić datę jego powstania oraz sprecyzować kto na pewno jest jego konstruktorem. Jedno jest pewne, że to bardzo efektowny i ciekawy przyrząd. Zakres jego działania jest niewielki, zwykle od 20oC - 30oC. Zasada działania opiera się na wspomnianym już prawie Archimedesa - warunku pływania ciał zanurzonych w cieczach.

Termometr to szklany zamknięty cylinder wypełniony alkoholem etylowym, w którym pływają zanurzone pływaki. Gęstość alkoholu etylowego w zakresie tych temperatur zmienia się od 0,78945 g/cm3 do 0,78097 g/cm3. Pływaki wyważone są tak, że przy zmianie temperatury (tym samym gęstości alkoholu), któryś z nich zaczyna się unosić lub opadać w dół. Ta jego podróż w górę i w dół odbywa się pod działaniem wypadkowej sił ciężaru, wyporu oraz oporu.
Załóżmy, że temperatura alkoholu spada. Wówczas jeden z pływaków rusza w górę, bowiem siła wyporu działająca na niego wzrosła (bo wzrosła gęstośc alkoholu) i jest większa od jego ciężaru. Na każdym pływaku znajduje się blaszka z wygrawerowaną temperaturą.

Podwodny wulkan

Zjawisko to można zilustrować wykonując jeszcze inne doświadczenie. Do małej butelki wlewamy odrobinę spożywczego barwnika (np. do barwienia jajek) , resztę wolnej przestrzeni w butelce wypełniamy gorącą wodą. Następnie przygotowujemy duży słoik albo szklany cylinder wypełniony tym razem zimną wodą.
Małą butelkę wkladamy (na przywiązanej do jej szyjki nitce)  do cylindra z zimną wodą.
Zabarwiona gorąca woda z małej bytelki zaczyna unosić się do góry.

wulkan

Znak Plimsolla

Zjawisko zmiany gęstości cieczy na skutek zmiany jej temperatury wykorzystał Samuel Plimsoll.
Na burtach pływających jednostek znajduje się oznaczenie składające się z: kręgu wolnej burty oraz linii ładunkowych wskazujących największe dopuszczalne zanurzenie statku w różnych okolicznościach i różnych porach roku, według zasad określonych w konwencji o liniach ładunkowych, przyjętej w Londynie dnia 5 kwietnia 1966 r.


plimsolla

W kręgu wolnej burty znajdują się litery oznaczające towarzystwo klasyfikacyjne, z którego klasą pływa statek. Dla przykładu PR - Polski Rejestr Statków, LR - Lloyd's Register, NV - Det Norske Veritas itd.

TS- w wodzie słodkiej w strefie tropikalnej
S - w wodzie słodkiej zimą
T - w strefie tropikalnej
L - latem w strefie umiarkowanej
Z - zimą w strefie umiarkowanej
ZAP- zimą na Północnym Atlantyku

Statek może się maksymalnie zanurzyć do górnej krawędzi linii odpowiedniej dla strefy, w której statek się znajduje. Podział świata na strefy i czas obowiązywania zimy i lata w niektórych z tych stref został określony w załączniku do konwencji. Mniejsze zanurzenie (większa wolna burta) zapewnia statkowi zapas pływalności i większą wysokość pokładu oraz nadbudówek nad wodą, co zmniejsza szanse na jego uszkodzenie i zatopienie w warunkach złej pogody, jaka jest bardziej prawdopodobna w sezonach zimowych. W takich katastrofach straciło życie wielu marynarzy, co poruszyło członka Brytyjskiego Parlamentu Samuela Plimsolla. Doprowadził on do uchwalenia przez parlament ustawy w 1875 roku, regulującej kwestie bezpieczeństwa żeglugi, przekształconej w 1876 roku w Merchant Shipping Act. Wprowadzone wtedy oznaczenia minimalnej wolnej burty nazwano znakiem Plimsolla.

samuelplimsoll

Samuel Plimsoll (10 lutego 1825 - 3 czerwca 1898),

brytyjski polityk i reformator społeczny. Zapamiętany za opracowane znaku Plimsolla (linii na kadłubie statku, określającej maksymalną bezpieczną głębokość zanurzenia dla statku w różnych warunkach pracy).

451px-memorial_to_samuel_plimsoll

Pomnik Samuela Plimsolla na Victoria Embankment w Londynie.


b. Gazy znajdujące się w cieczy mogą zmienić jej gęstość.

Możemy to sprawdzić wykonując kolejne doświadczenie.
Do wypełnionego wodą cylindra wrzucamy na dno pompkę do napowietrzania akwarium. Następnie do wody wkładamy odpowiednio obciążony słoik, który pływa całkowicie zanurzony. Po uruchomieniu pompki „brzęczyka" wydobywające się z dna naczynia bąbelki zmniejszają gęstość wody. Nasz do tej pory pływający słoik zaczyna tonąć.
Gazy wydobywające się z dna oceanu mogą poprzez zmniejszenie gęstości wody wpłynąć na wartość siły wyporu i być przyczyną zatonięcia statku.

gaz_w_wodzie1 gaz_w_wodzie2

Hydraty metanu

Hydraty metanu są po prostu gazem zmrożonym wspólnie z wodą. Cząsteczki wody tworzą strukturę klatkową, w której zostają uwięzione molekuły gazu. Dotyczy to nie tylko metanu, ale również dwutlenku węgla i siarkowodoru. To właśnie tą technologią naukowcy zamierzają na dnach mórz oraz oceanów magazynować dwutlenek węgla ze spalania nieodnawialnych nośników energii. Wytworzone układy wody i gazu są stabilne w niskich temperaturach i pod odpowiednim ciśnieniem - a optymalnymi parametrami ich trwałego istnienia to 5 oC i 50 barów, co odpowiada głębokości 500 metrów w morzach oraz oceanach.

1at = 1bar = 0,1 MPa =100000 Pa = 10m H2O

 

Metan w morzach i oceanach pochodzi z bakteryjnego, beztlenowego rozkładu substancji organicznych, pochodzących ze świata zwierzęcego oraz roślinnego. Morskie i oceaniczne brzegi kontynentów są obszarami wysokiej produktywności planktonu wraz z tworzeniem się warstw osadowych.
Wszystko to powstaje nie tylko na stromych brzegach kontynentów, przy których oceany osiągają głębokości nawet 3000 metrów, ale również w Morzu Czarnym, Morzu Kaspijskim, Morzu Śródziemnym, a nawet w Jeziorze Bajkał. Omawiane układy hydratów metanu występują również w stałych zmarzlinach gruntu na Syberii oraz Kanady.

 

Jak powstają hydraty gazu?

Metan, w pewnych wartościach temperatury i ciśnienia tworzy z wodą stosunkowo trwałe hydraty (wodziany), które są ciałami stałymi. W temperaturze kilku stopni i pod ciśnieniem, panującym w oceanie na głębokości 500 metrów, metan z wodą formują bezbarwne, szkliste bryły z wyglądu przypominające lód. Oczywiście, jeśli temperatura wzrośnie lub ciśnienie zmaleje (albo oba zjawiska wystąpią łącznie), hydrat rozkłada się, wydzielając gazowy metan i wodę.

Zagadka „TRÓJKĄTA  BERMUDZKIEGO"

Gwałtowne uwalnianie się gazu - metanu z brył hydratów może wyjaśniać nagłe zniknięcia dużych pełnomorskich statków bez jakiegokolwiek śladu. Zatonięcie w nasyconej gazem wodzie jest tak błyskawiczne, że nie ma nawet czasu na nadanie sygnału S.O.S. Tym bardziej, że katastrofa nadchodzi zupełnie niespodziewanie. Jeśli ktoś zdąży wyskoczyć w kamizelce ratunkowej, nic mu to nie da. Też zatonie. Jeśli gazu będzie odpowiednia ilość, zatoną nawet same kamizelki! Gdy w chwili katastrofy na dnie oceanu przesypują się góry hydratów i mułu, nic dziwnego, że nie można później znaleźć wraku; zostaje on pogrzebany pod zwałami osadów.

Wiedza i Życie

Na pytania:
Skąd się bierze siła Archimedesa?
Jak oszukać Archimedesa?
Kiedy Archimedes jest bezrobotny?

znajdziesz odpowiedź w piśmie dla uczniów o fizyce i astonomii wydawanym przez Sekcję Nauczycielską Polskiego Towarzystwa Fizycznego w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego




Żródło zdjęć;


Czas na doświadczenia fizyczne !!!
Wiele czasu poświęciliśmy na przygotowanie serii eksperymentów zwiazanych z pływaniem ciał.
Pływanie każdemu czlowiekowi kojarzy się z postacią ARCHIMEDESA, dlatego zanim zaczniecie z nami eksperymentować, musicie bliżej poznać sylwetkę tego znakomitego mędrca.

 

a6 Archimedes (ok.287- ok.212p.n.e.)

był greckim matematykiem, fizykiem i wynalazcą, który żył w Syrakuzach na Sycylii


sicily_topom

Pierwszym nauczycielem Archimedesa był jego ojciec, Fidiasz. Swoją wiedzę zdobył w czasie pobytu w Aleksandrii, gdzie stykał się z uczniami Euklidesa. Po powrocie do Syrakuz utrzymywał z nimi kontakt, pisząc listy na temat swoich nowych odkryć i spostrzeżeń.

Zaliczany jest do najwybitniejszych uczonych starożytności. W czasie II wojny punickiej kierował obroną Syrakuz. Dzięki Archimedesowi Syrakuzańczycy mogli prowadzić długotrwałą obronę miasta. Skonstruował wiele machin wojennych np. tzw. "szpony" Archimedesa, różnego rodzaju kusze i katapulty.

kusza podnosnik zuraw

Po zdobyciu miasta przez Rzymian został zabity.

Na swoim grobie kazał wyryć stożek, kulę i walec, gdyż związek między nimi (stosunek objętości tych brył o takim samym promieniu i wysokości jest równy 1:2:3 )

Prace, jakie prowadził, pozwoliły mu dokonać kilku ważnych odkryć naukowych :

- podał sposób wyznaczania środka ciężkości dowolnego ciała

- zbudował pierwsze zwierciadło wklęsłe    lustra2

Legenda głosi, że obywatele Syrakuz od dawna byli nękani przez Rzymian. Gdy po raz kolejny flota Marcellusa zaczęła przygotowywać się do ataku, przestraszeni obywatele udali się z prośbą o wsparcie do swojego uczonego Archimedesa, a kiedy zgodził się im pomóc, odetchnęli z ulgą. Nakazał im, aby przysłano budowniczych i zebrano jak najwięcej dużych, wklęsłych, wygładzonych, metalowych powierzchni, które pełniły rolę kulistych zwierciadeł wklęsłych.

lustra

Nikt nie pojmował, po co mu te przedmioty, ale nie protestowali. Następnego dnia okręty Marcelliusa wpływały do portu, w tak wielkiej przewadze, że wszelki opór wydawał się daremny, a rzymscy legioniści żartowali wesoło, szykując się na bogate łupy, jakie planowali zabrać z Syrakuz. Jednak Archimedes pokrzyżował im plany. Zwierciadła sprawiły, że promienie słoneczne zostały skupione na suchych żaglach i nasmołowanych linach. Wszystko zaczęło się dymić i stanęło w płomieniach.

lustra1

Radosny nastrój prysł. Mimo zwątpienia i przerażenia nie wycofali się, za co srogo zapłacili. Strach żołnierzy przerodził się w jawną panikę. Głosy dowódców niknęły we wrzaskach. Wreszcie, okaleczona i całkowicie zniechęcona do walki flota uciekła na bezpieczną odległość. Natomiast obywatele Syrakuz długo nie potrafili ochłonąć, wiwatując na cześć Archimedesa.

 

- skonstruował przenośnik ślimakowy, zwany śrubą Archimedesa. Jest to duża spirala, umieszczona w drewnianym cylindrze skośnie do poziomu. W czasie pracy dolny koniec śruby zanurzony jest w wodzie, a obrót śruby wymusza jej ruch do góry. Ponieważ ilość wody nabierana przez śrubę jest zazwyczaj duża, mimo strat spowodowanych spływaniem części wody w dół nie jest konieczne, by śruba przylegała ściśle do wnętrza rury. Śruba Archimedesa jest maszyną prostą, używaną od czasów starożytnych do nawadniania kanałów irygacyjnych. W Holandii z kolei służyła do osuszania terenów położonych poniżej poziomu morza. Starożytni Rzymianie używali jej np. do wypompowywania wody z kopalń i nazywali ją cochlea (wąż wodny).

sruba_a

Przykładem obecnego zastosowania śruby jako przenośnika materiałów sypkich i płynnych na niedużą odległość może być np.: przenośnik ślimakowy do wyładowywania zboża z dna silosu lub maszynka do mielenia mięsa.

 

Archimedes prawdopodobnie miał swój udział w konstrukcji jednego z siedmiu cudów świata. Mowa tu o latarni morskiej zbudowanej przez Ptolemeusza I na wyspie Faros koło Aleksandrii w Egipcie. Latarnia morska miała ok. 122 metrów wysokości, na szczycie płonął ogień. Światło odbijane przez lustro zaprojektowane przez Archimedesa było widoczne w nocy z odległości ok. 50 km.


latarnia

- zbudował mechaniczny model demonstrujący ruch Księżyca i gwiazd;

- skonstruował wielokrążek, układ lin i krążków umożliwiający przełożenie siły dzięki któremu można np. podnieść duży ciężar przy użyciu rąk;

- sporządził przyrząd do mierzenia kątowej średnicy słońca i innych ciał niebieskich;


Wniósł duży wkład w rozwój matematyki, a zwłaszcza geometrii...

więcej informacji na ten temat będzie w zakładce "MATEMATYKA"

- podał zasady obliczania obwodu koła metodą wieloboków

- podał sposoby obliczania pola powierzchni elipsy, objętości kuli i innych brył

- stosował nowatorskie metody obliczania powierzchni i objętości figur i brył


- podał przybliżoną wartość „pi"    archim_pi

 

Słynne myśli Archimedesa

Tym razem chcemy przytoczyć powiedzenia przypisywane Archimedesowi. Niestety nie udało nam się znaleźć ich więcej. Może ktoś z Was zna jakieś inne? Zapraszamy do współpracy.

1. Dajcie mi wystarczająco długą dźwignię i wystarczająco mocną podporę, a sam jeden archimedes_lever
poruszę cały glob (Dajcie mi punkt oparcia, a poruszę Ziemię).

2. Eureka! (Heureka!) - (mam, mam, znalazłem!)

3. Nie zamazuj moich kół. - (Noli turbare circulos meos)   kola archimedesa

4. Przetnij kamień na pół, a będziesz miał dwa kamienie. Ale przetnij żabę na pół, a będziesz miał tylko jedną martwą żabę.

 

Anegdoty i ciekawostki na temat życia i odkryć Archimedesa

Statek Archimedesa

Z obszernych źródeł, świadczących o popularności, jaką cieszył się Archimedes, dowiadujemy się wielu szczegółów o jego działalności jako budowniczego okrętów.
Miasto Syrakuzy podjęło budowę statku kolosa, który miał być ofiarowany faraonowi Egiptu.
"Przy budowie okrętu "Syrakuzia" pod nadzorem Archimedesa pracowało 300 cieśli, nie licząc sił pomocniczych. Statek obity był blachą ołowianą. Po sześciu miesiącach, gdy kadłub został ukończony, Archimedes przy pomocy wind i kołowrotków zsunął go na wodę. W ciągu następnych sześciu miesięcy wykończono wnętrze statku. Do napędu służyło 200 wioseł, statek posiadał 3 piętra. W najniższych pomieszczeniach znajdowały się składy żywności i magazyny wszelkiego sprzętu, w środkowych - kabiny, sypialnie i sale. Na górnym pokładzie rozmieszczono żołnierzy oraz kusze i katapulty do wyrzucania pocisków. Na tym też pokładzie stały w donicach i wazonach rośliny dające cień spacerującym i odpoczywającym. Posadzki były wyłożone piękną mozaiką, a sale sypialne i inne pomieszczenia zdobiły artystyczne malowidła. Na statku znajdowała się łazienka z wanną i posadzką wyłożoną jaspisem. W najniższych częściach mieściły się stajnie dla koni, basen dla ryb morskich łowionych w czasie podróży, kuchnie, młyn zbożowy oraz warsztaty cieśli i kowali. Do obrony służyło 8 wież z katapultami do wyrzucania kamieni. Tam też znajdowali pomieszczenia łucznicy. Katapulty mogły wyrzucać kamienie wagi 3 cetnarów i strzały długości 12 łokci. Statek posiadał 12 kotwic, w tym 8 żelaznych i 4 drewniane. Ładunek jego wynosił: 60 000 miar zboża, 10 000 baryłek mięsa solonego oraz mnóstwo innych towarów. Do budowy tego kolosa użyto najszlachetniejszych gatunków drewna, nie żałowano złota i malowideł, by wygląd jego godny był władcy. Ofiarowano go Ptolemeuszowi Philadelphusowi II odprowadziwszy z Syrakuz do Aleksandrii"*.

statek 1

 

Korona dla króla

Hieron, gdy został królem Syrakuz, zamówił u złotnika koronę z czystego złota. Chciał ją złożyć w ofierze nieśmiertelnym bogom. Otrzymawszy do rąk gotową koronę król począł mieć wątpliwości, czy na pewno została wykonana z całego powierzonego rzemieślnikowi kruszcu. Przywołał do siebie Archimedesa i polecił mu rozwiązać ten problem. Powszechnie szanowany mędrzec miał sprawdzić, czy korona została sporządzona w całości ze złota. Otrzymawszy od króla trudne zadanie, natychmiast zdał sobie sprawę, że trapiące wątpliwości będzie mógł rozwiązać wówczas, gdy zdoła określić objętość badanej korony.

Pamiętnego dnia, gdy zmęczony wstępował do wanny, zauważył, że objętość wody wylewającej się poza jej krawędź odpowiada dokładnie objętości tej części ciała, którą właśnie zanurzył w wodzie.

archw

Doznawszy olśnienia, wyskoczył nago z publicznej łaźni i biegł ulicami Syrakuz, wykrzykując swoje sławne, "Eureka, eureka!", co oznaczało w jego ojczystym języku: „mam, mam, znalazłem!".

eureka

Po mozolnych doświadczeniach oznajmił królowi, że korona nie została wykonana z czystego złota. Krótko mówiąc rzemieślnik go oszukał, za co został stracony.

 

Jak Archimedes udowodnił fałszerstwo?

Archimedes pragnąc odprężyć się przed ciężką pracą umysłową mającą na celu sprawdzenie uczciwości złotnika, postanowił wziąć kąpiel. Wchodząc do wanny wypełnionej po brzegi wodą zauważył, że wypiera z niej ciecz.

Można sprawdzić za pomocą prostego doświadczenia, że wyparta ciecz jest równa objętości zanurzonego ciała.

Archimedes wpadł wtedy na pomysł, jak rozwiązać problem.  Wiedział, iż złoto i srebro mają różną gęstość
złoto ρ ≈ 20 000 kg/m3
srebro ρ ≈ 10 000 kg/m3

Zatem bryłki o tej samej masie, wykonane ze srebra i złota muszą posiadać różne objętości.

wagas wagaz

Bryłka srebrna musi mieć objętość dwukrotnie większą niż bryłka złota.

menzurka2 koronam menzurka1

To oznacza, że jeśli korona była szczerozłota to musiała  wyprzeć tyle wody, co bryłka złota.
Tak jednak nie było. Korona wyparła więcej wody niż szczere złoto, a mniej niż czyste srebro.
Musiała zatem zwierać domieszkę srebra.

korona1


Śmierć Archimedesa
Archimedes został zabity przez żołnierzy rzymskich po zdobyciu miasta, mimo wyraźnego rozkazu dowódcy, Marcellusa, by go ująć żywego. Później gorzko tego żałowano. Na życzenie Archimedesa na jego nagrobku wyryto kulę, stożek i walec.

pomnik_a
Pomnik Archimedesa z Syrakuz w Obserwatorium Astronomicznym Archenholda w Berlinie (fot. Małgorzata Tomiczek).

Pewna legenda głosi, że żołnierz, który go zabił, najpierw kazał mu się poddać. Ten jednak zajęty problemem geometrycznym i rysowaniem figur na piasku skarcił go, mówiąc: "Nie niszcz moich figur". Oburzony Rzymianin zabił Archimedesa swoim mieczem.
smerc_a

Zródła zdjęć:
Zdjęcia doświadczeń pochodzą ze zbiorów własnych
Wykaz literatury nt. życia i odkryć Archimedesa w załączniku.

Logowanie