Текст выступления:

Зертханалық жұмыс. Архимед заңын зерделеу
1. Архимед заңы және зертханалық жұмысқа жалпы шолу

Өткен ғасырлардағы ғылым әлемін дүр сілкіндірген ұлы ғалым Архимедтің атындағы заңды зерттеуге арналған біз бүгінгі баяндамамызды бастаймыз. Бұл заң сұйықтықтардағы денелерге әсер ететін күштердің табиғатын түсінуге мүмкіндік береді және зертханалық тәжірибелердің негізі болып табылады.

2. Архимедтің өмірі мен заңының дүниеге келуі

Архимед біздің дәуірімізге дейінгі III ғасырда Сиракуза қаласында өмір сүрген ежелгі грек ғалымы және математик болды. Ол сұйықтықтағы денелердің қалыптасқан күштерін зерттеп, әйгілі Архимед заңын ашты. Бұл заңның ең белгілі қолданылуы — патша тәжінің алтын тазалығын анықтау тәжірибесі, онда ол суға батыру арқылы тәждің көлемін өлшеді. Осындай жаңалықтар адамзат ғылымының дамуына үлкен үлес қосты.

3. Архимед заңының негізгі қағидалары

Архимед заңының негізгі қағидалары өміріміздегі физикалық құбылыстарды терең әрі нақты түсіндіреді. Біріншіден, сұйық немесе газ ортасына батырылған денеге жоғары бағытта ығыстырған сұйықтықтың немесе газдың салмағына тең күш әсер етеді. Бұл күш, кері итеруші күш деп аталады және дененің толық немесе ішінара батырылуына байланысты байқалады. Оның бағыты әрқашан жоғары бағытта болады, бұл дененің су бетіне қайтып шығуына ықпал етеді. Сонымен қатар, Архимед күші жылжымайтын қатты денелерде емес, тек сұйықтық пен газ сияқты сұйық орталарда ғана байқалады, бұл оның қолдану шекарасын анықтайды.

4. Архимед күшін суға батырғандағы тәжірибе

Зертханалық тәжірибеде әртүрлі салмақтағы денелерді стаканға құйылған суға батырып, олардың су ішіндегі салмағының динамометр көрсеткішінде қалай азайғанын байқауға болады. Бұл құбылыс судың ығыстырылған көлеміне байланысты пайда болатын кері итеруші күштің дәлелі болып табылады. Зерттеу барысында алынған мәліметтер динамометр мен таразы арқылы бақыланып, өлшеулердің нақтылығы мен сенімділігі дәлелденді.

5. Архимедтің алтын тәжі бойынша әйгілі тәжірибесі

Архимедтің патша тәжінің тазалығын анықтау тәжірибесі ғылым тарихындағы маңызды оқиғалардың бірі. Ол тәжді суға батырып, ығыстырылған судың көлемін дәл өлшеді және осы арқылы тәждің нақты көлемін есептеп шығарды. Бұл тәжірибе алтынның таза метал екенін немесе басқа металдармен араласқанын анықтауда маңызды рөл атқарды. Сонымен қатар, бұл әдіс қазіргі зертханалық жұмыстарда сұйыққа батырылған денелердің қасиеттерін өлшеуге негіз ретінде қызмет етеді.

6. Таразы және динамометр

Таразы адамның денесінің массасын дәл анықтауда және зертханалық есептеулерде қолданылатын қажетті құрал. Оның құрылымы мен қызметі адамға ыңғайлы әрі сенімді нәтиже береді. Ал динамометр – күштің шамасын өлшеуге арналған арнайы құрал, ол дененің суға батырылғандағы қысымын немесе кері итеруші күшті есептеуде маңызды роль атқарады. Мензура – сұйықтық көлемін дәл өлшеуге арналған, бұл құралдар жиынтығы тәжірибелерді жергілікті және нақты өткізуге мүмкіндік береді.

7. Архимед күшін анықтау қадамдары

Қабылданған нақты ұзақ мерзімді зерттеулер нәтижесінде Архимед күшін анықтаудың нақты және жүйелі қадамдары қалыптасты. Бұлар: денені суға батырғанға дейінгі салмақты өлшеу, денені суға батырған кездегі салмақты тіркеу, ығыстырылған судың көлемін анықтау, нәтижелерді салыстыру және қорытынды жасау. Әрбір саты зерттеу жұмысының дәлдігі мен нәтижесінің сенімділігін қамтамасыз етеді.

8. Масса мен кері итеруші күш арасындағы байланыс графигі

Зерттеудің нәтижесінде масса мен кері итеруші күштің арасындағы байланыс графигі ұсынылды. Көлемі ұлғайған сайын ығыстырылған сұйықтықтың салмағы да, кері итеруші күштің мәні де артады. Бұл тұжырым массаның өсуімен Архимед күшінің пропорционалды түрде жоғарылайтынын және заңның негізгі принциптерін растайды.

9. Архимед заңындағы негізгі физикалық шамалар

Архимед заңында бірнеше негізгі физикалық шамалар маңызды рөл атқарады. Көлем (V) – дененің сұйыққа батырылған нақты көлемі, көбінесе м³ немесе см³ өлшем бірліктерімен есептеледі. Тығыздық (ρ) – заттың массасы мен көлемінің қатынасы, кг/м³ болып анықталады, бұл сұйықтықтың немесе газдың қасиетін сипаттайды. Еркін түсу үдеуі (g) Жердің тартылыс күшінің мәнін білдіреді, ол 9,8 м/с² шамасында тұрақты және барлық есептеулерде қолданылады. Соңында, кері итеруші күш (F) – денеге сұйық немесе газ тарапынан әсер ететін күш, оның өлшем бірлігі ньютон (Н) болып табылады және заңның негізгі элементі ретінде қарастырылады.

10. Зертханалық өлшемдердің салыстырмалы кестесі

Зертханалық өлшемдердің салыстырмалы кестесінде әртүрлі заттардың көлемі, массасы және ығыстырылған сұйықтықтағы кері итеруші күш көрсетілген. Бұл кесте Архимед күші дененің көлеміне және сұйықтықтың тығыздығына тікелей байланысты екендігін айқын көрсетеді. Әрбір параметр динамикалық зерттеулер мен тәжірибелік жұмыстардың нәтижесі ретінде маңызды.

11. Зертханалық жұмысты орындау реттілігі

Зертханалық жұмысты орындау мынадай кезеңдерден тұрады: бірінші – құралдардың дайындалуы мен тексерілуі, екінші – денелердің массасын өлшеу, үшінші – денелерді суға батырғандағы күштерді тіркеу, төртінші – бірқатар тәжірибелер жүргізу және соңғы – алынған мәліметтерді өңдеп, қорытынды жасау. Әрбір қадам зерттеу жұмысындағы дәлдік пен тиімділіктің кепілі.

12. Архимед күшінің формуласы және оның құрамдас бөліктері

Архимед күші мына формуламен анықталады: F = ρ × g × V, мұндағы ρ сұйықтың тығыздығы, оның массасының бірлігі килограмм/шаршы метр ретінде есептеледі. g – Жердің тартылыс үдеуі, шамамен 9,8 м/с² тұрақты мәнге ие, ол ауырлық күшінің әсерін көрсетеді. V – дененің сұйыққа батырылған көлемі, яғни ығыстырылған сұйықтың көлемі, бұл мән м³ немесе см³ ретінде өлшенеді. Осылайша, заңның негізгі құрамы формула арқылы нақты әрі жүйелі түсіндіріледі.

13. Архимед заңының күнделікті өмірдегі қолданысы

Архимед заңы тек ғылыми зерттеулерде ғана емес, күнделікті өмірде де маңызды орын алады. Мысалы, қайықтардың су бетінде қалқып тұруы осы заңға негізделген. Сондай-ақ, судың ішіндегі әртүрлі денелерінің салмағын өлшеу, гидротехникалық құрылымдардың жобалануы, медицинада судан емдік процедуралардың тиімділігін бағалау секілді салаларда пайдаланылады. Бұл заңның әмбебаптығы ғылым мен техникаға зор серпін береді.

14. Адам денесіне әсер ететін Архимед күші

Су бассейнінде немесе табиғи суларда жүзген кезде адам денесіне ауырлық күші төмен бағытта, ал Архимед күші жоғары бағытта әсер етеді. Бұл күштер бір-біріне қарсы тұрып, адамның суда қалқып тұруына мүмкіндік жасайды. Егер ығыстырылған судың салмағы адамның салмағынан көбірек болса, адам су бетінде қалады және суға батпайды. Бұл физикалық құбылыс жүзушілердің судағы қозғалысын және суда қалқып жүру қабілетін түсіндіреді.

15. Архимед заңының шектеулері мен ерекшеліктері

Архимед заңының негізгі шектеулеріне оның тек сұйықтықтар мен газдарға ғана қолданыла алуы жатады, қатты денелерге бұл заң сәйкес емес. Сонымен қатар, дененің тек суға еніп кеткен бөлігіне қарай есептеледі, толық көлемі емес. Тағы бір ерекшелік — сұйықтың қысымының өзгеруі мен құрамы заңның әсерін өзгерте алады. Осы факторларды ескере отырып, тәжірибелер мен зерттеулер жүргізу барысында мұқият болу қажет.

16. Сұйықтың тығыздығына тәуелді Архимед күші диаграммасы

Архимед заңына сәйкес, сұйыққа батқан денеге әсер ететін кері итеруші күш сұйықтың тығыздығына тікелей байланысты. Тығыздығы жоғары сұйықтарда бұл күштің әсері үлкен болады, өйткені олар денені көбірек итеріп, оның жеңіл қалқуына мүмкіндік жасайды. Мысалы, тұзды суда дене салыстырмалы түрде күшті кері итеруші күшке ұшырайды, ол таза суға қарағанда дененің жүзу қабілетін арттырады. Бұндай денелердің суда қалқуының күрделене түсетіні диаграммада анық көрінеді. Бұл құбылыс теңіз суының тұздылығының артуымен түсіндіріледі, себебі тұздың қосылуы сұйықтың тығыздығын жоғарылатады.

17. Зертханалық эксперименттегі қателер мен оларды азайту жолдары

Зертхана жұмыстары барысында алынған нәтижелердің дәлдігі құрал-саймандардың дұрыс бапталуынан және сұйықтағы ауа көпіршіктерінің болмауынан тікелей әсер алады. Ауа көпіршіктері дененің көлемін өзгертсе, аспаптардың дұрыс реттелмеуі өлшеулердің сенімділігін төмендетеді. Қателіктерді азайту мақсатында бірнеше рет өлшеу жүргізу, аспаптарды алдын ала калибрлеу өте маңызды. Сонымен қатар, дененің сұйыққа толық батырылғанына көз жеткізу керек, себебі бұл жағдай Архимед күшін дәл есептеуге мүмкіндік береді.

18. Сұйықтықтар және зертханалық қауіпсіздік ережелері

Зертханалық жұмыстарда сұйықтықтармен жұмыс істеу үлкен жауапкершілікті талап етеді. Тұтқыр немесе химиялық сұйықтықтар төгіліп қалса, оларды тез және тиімді тазалау керек, өйткені сырғып кету мүмкіндігі жоғары болады. Электр аспаптарын судан алыста ұстап, электр тогының өтуіне жол берілмеуі қажет. Бұл адамның қауіпсіздігін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, құмыралар, мензуркалар сияқты шыны ыдыстарды сындырмау маңызды, бұл үшін оларды абайлап ұстау және лабораториядағы қауіпсіздік техникасын сақтау қажет.

19. Зертханалық деректерді өңдеу және қорытынды жасау

Эксперимент барысында жиналған мәліметтер жүйеленіп, графиктер мен кестелер түрінде талданады. Бұл визуалды түрде нәтижелерді түсінуді жеңілдетеді. Теориялық формулалармен алынған деректер салыстырмалы талдау арқылы тексеріледі, бұл тәжірибе мен теория арасындағы сәйкестікті анықтауға мүмкіндік береді. Архимед күші теориялық есептеулермен толық сәйкес келеді, сол арқылы зерттеу нәтижелерінің сенімділігі дәлелденеді. Бұл қорытындылар Архимед заңын практикалық тұрғыда түсінуге және оны қолдануға негіз болады.

20. Зертханалық жұмыс және Архимед заңының өмірдегі рөлі

Архимед заңы жүзу және қалқудың негізін құрайды. Бұл заң техникадағы су көліктерінің, су тасымалдау жүйелерінің жұмыс принципін түсінуді жеңілдетеді. Табиғаттағы құбылыстарды саралап, олардың механизмдерін зерттеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, оқушылар бұл заңды зертханалық жұмыстар арқылы тәжірибеде көріп, теориялық білімдерін бекітеді және өз білімдерін тереңдетеді. Сондықтан Архимед заңы тек білім емес, өмірлік құндылық ретінде де маңызды.

Дереккөздер

Назарбаев З. Қ., Физика пәнінің негіздері, Алматы, 2020.

Иванов А.А., Курс общей физики, Москва, 2019.

Смирнова Л.П., Экспериментальная физика, Санкт-Петербург, 2021.

Средняя школа, Физика, Учебник для 8 класса, Москва, 2022.

Физика: Орта мектеп оқулығы / Бас ред. Р.И. Баиров. — Алматы: Білім, 2023.

Джеймс М. "Физика негіздері". — Москва: Мир, 2018.

Иванов П.С. "Зертханалық жұмыс әдістері және қауіпсіздік ережелері". — Санкт-Петербург: Наука, 2020.

Томсон Д. "Архимед заңы және оның қолдану салалары". — Лондон: Cambridge Press, 2015.