Текст выступления:

Кері итеруші күш деген не?
1. Кері итеруші күш: жұмбақ күштің ашылуы

Күнделікті өмірде су бетінде қалқып тұратын көптеген заттарды көреміз. Бұл құбылыс біздің қызығушылығымызды тудырады, өйткені ауыр сезілетін кей заттар суға батып кетпейді. Мұның себебі – кері итеруші күш деп аталатын ерекше күште жатыр, ол затты жоғары итеріп, судың бетінде қалуға мүмкіндік береді.

2. Кері итеруші күштің тарихына шолу

Көп ғасырлар бұрын, біздің заманымызға дейінгі III ғасырда, атақты ежелгі грек ғалымы Архимед ваннада отырып, ерекше құбылысты байқады. Суға батқан кезінде денесінде жеңілдік сезініп, ол денеге жоғары бағытталған күш作用 ететінін түсінді. Бұл ұғым кейіннен «Архимед заңы» ретінде танылды және физика мен инженерияда маңызды рөл атқара бастады.

3. Кері итеруші күш дегеніміз не?

Кері итеруші күш – сұйықтықтағы денеге өз көлеміне тең сұйықтықтың салмағымен жоғары бағытталған күш. Бұл күш судың денені итеру арқылы оның батып кетуін болдырмайды. Мысал ретінде қайықтарды немесе доптарды қарауға болады, олар су бетінде қалқиды, өйткені осы күш олардың салмағын теңестіріп, суға батуына жол бермейді. Сонымен қатар, шар суға бататын болса, ол қайта жоғары көтеріледі, бұл да осы күштің әсері.

4. Архимед және оның ғажайып тәжірибесі
Архимед ваннада отырып, судың денесін қалай көтеріп тұрғанын сезінді. Оның денесінің суға батқан бөлігі жеңілдік пен оңайлық сезімін туғызды, ол осы құбылыстың себебін іздеді.
Осы аңғарымды толық түсіне отырып, Архимед «Эврика!» деп айқайлап, осы күштің сырын ашқанына қуанды. Бұл ғылыми жаңалық физика ғылымындағы үлкен қадам болды және терең зерттеулерге жол ашты.
5. Архимед заңы қалай жұмыс істейді?

Әрбір дене судың ішіне толығымен немесе жартылай батырылғанда, ол өз көлеміне сәйкес сұйықтықты ығыстырады. Ығыстырылған сұйықтықтың салмағы жоғары бағытталған кері итеруші күшті тудырады. Бұл күш денені жоғары қарай итеріп, оның суға толығымен батпауына мүмкіндік береді. Мысалы, қайықтар үлкен көлемімен су бетінде тұрақтап тұрады, себебі олар судағы кері итеруші күштің арқасында қалқиды.

6. Заттар су бетінде қалай қалады?
Заттың судан итеруші күші оның салмағымен теңестірілгенде, зат су бетінде қалады. Бұл теңгерім түрлі пішіндегі денелердің судағы орналасуы мен тұрақтылығын анықтайды.
Үлкен әрі жеңіл қайықтар дәл осы заңға сүйене отырып суда қалқиды. Көрсетілген суретте әр түрлі пішіндегі заттардың суға батуы мен қалқуын бақылауға болады, бұл заттың пішіні мен көлемінің әсерін жақсы түсінуге мүмкіндік береді.
7. Кері итеруші күш пен заттың салмағы

Егер кері итеруші күш заттың салмағынан көп болса, ол су бетінде қалқиды және батып кетпейді. Бұл көбінесе жеңіл материалдардан жасалған заттар үшін тән. Қарама-қарсы жағдайда, кері итеруші күш аз болса, зат тез суға батады. Мысалы, ойыншық қайық су бетінде қалжырап жүрсе, ал металл кілт суға батып кетеді. Бұл құбылыс салмақ пен кері итеруші күштің арақатынасына байланысты.

8. Кері итеруші күштің қызықты мысалдары
Кеме, судағы доп және суда жүзетін балықтар осы кері итеруші күштің арқасында судың ішінде өз орны мен теңгерімін сақтайды, олар судың ішінде оңай қозғала алады.
Жаңа жұмыртқалар суда жақсы қалқиды, бірақ уақыт өткен сайын ішкі құрылымы өзгеріп, олар тезірек бата бастайды. Бұл табиғаттағы кері итеруші күштің қызықты әрі өмірге жақын көрінісі.
9. Тұзды су мен таза судың айырмашылығы

Тұзды судың тығыздығы таза суға қарағанда жоғары, сондықтан оның басатын кері итеруші күші де көп. Мысалы, Өлі теңізде адамдар су бетінде жеңіл жүріп, оңай жүзеді, себебі су тығыздық пен кері итеруші күш жоғары. Ал таза суда бұл күш аз болуы мүмкін, сондықтан кей заттар суда батуы ықтимал. Бұл құбылыс судың құрамындағы тұздың және түрлі заттардың әсерін көрсетеді.

10. Бүгінгі күнде кері итеруші күшті қолдану
Қазіргі заманғы кемелер мен қайықтар Архимед заңына негізделген дизайнмен жасалады. Олар судың үстінде қалу үшін кері итеруші күшті есептеп, максималды тиімділікті қамтамасыз етеді.
Сонымен қатар, су астындағы сүңгуірлер де осы заңдарды пайдаланып, өз қозғалысын басқарады. Аквапарктардағы су сырғанақтары да кері итеруші күштің әсерімен жұмыс істеп, көңіл көтеруге мүмкіндік береді.
11. Үйде жасауға болатын қарапайым тәжірибе

Үй жағдайында стақанға су құйып, әртүрлі пішіндегі пластилин бөліктерін суға салуға болады. Қай бөлік су бетінде қалатынын бақылай отырып, кері итеруші күштің қалай жұмыс істейтінін зерттеуге болады. Пластилиннің пішіні мен көлемі оның судың бетінде қалқуы мен батуының негізі. Осы тәжірибе арқылы сұйықтықтағы күштердің пішінге және көлемге қалай әсер ететінін анықтауға болады.

12. Балықтар әлеміндегі кері итеруші күш
Балықтар жеңіл, ағынды пішінге ие, бұл судың ішіндегі қозғалысын жеңілдетеді. Олар қалқымалар мен кішкентай көпіршіктердің көмегімен тереңдікте өз орнын өзгерте алады.
Осы механизм арқылы балықтар судағы қысымды теңестіріп, батып кетуден сақталады. Кері итеруші күштің табиғаттағы шынайы көрінісі әрі тамаша мысалы осындай.
13. Сүңгуірлердің жүзу құпиясы

Сүңгуірлер арнайы салыстырмалы салмақтарды пайдаланып, суда қалқуды және батуын басқарады. Бұл оларға қозғалыста икемділік пен маневр жасау қабілетін береді. Салмақтарды реттеу арқылы сүңгуірлер кері итеруші күшті теңгеріп, қажет болған тереңдікке көтеріледі немесе түседі. Осылайша олар суда ұзақ уақыт қауіпсіз әрі тиімді жүзе алады.

14. Әуе шарлары мен гелийдің құпиясы
Гелий газымен толтырылған әуе шарлары ауадан жеңіл болған соң, ауаға қарсы бағытталған кері итеруші күштің әсерінен жоғары көтеріледі.
Атмосферадағы ауаның тығыздығы гелийден ауыр болғандықтан, шарды жоғарылататын күш пайда болады. Бұл құбылыс шарлардың ұзақ уақыт ауада қалықтап тұруына мүмкіндік береді.
15. Ас үйдегі кері итеруші күш мысалдары

Стакандағы тәжірибеде жұмыртқаның судағы қалқуы кері итеруші күштің нақты көрінісі болып табылады. Егер суға тұз қосатын болсақ, жұмыртқаның қалқуы өзгеріп, оның батуы немесе қалқуы оңтайланады. Сонымен қатар, шай қасықтың суды қалқуы да осы күштің әсерінен. Мұндай қарапайым тәжірибелер күнделікті өмірімізде ғылыми заңдардың қалай жұмыс істейтінін жақсы түсінуге көмектеседі.

16. Ғарыштағы кері итеруші күш әсері

Ғарыш кеңістігінде сұйықтардың қалыпты күйінде болмай, бірден еркін қалықтауын байқауға болады. Олар тұрақсыз, бұлжымас формада ұстала алмайды, өйткені микрогравитация әсерінен сұйық молекулалары түрлі бағытта жайылып, ерекше құбылыстар тудырады. Мысалы, астронавтар ғарыш станциясында сұйықтықтың мұндай мінез-құлқын мұқият зерттеп, солардың өзара әрекетін талдайды.

Кері итеруші күш ғарыштағы заттардың қозғалысын ерекше өзгертеді. Бұл күш заттарды жердегі қалыпты заңсыз қозғалтып, ғарыштағы ортада ерекше динамика қалыптастырады. Мұны түсіну астронавттарға заттардың қозғалысын болжауға әрі жұмыс істеуін жеңілдетеді. Ғарыштағы бұл құбылыс біздің күнделікті өмірден мүлдем бөлек, жаңа сезім мен зерттеу мүмкіндігін ашады.

17. Жеңіл және ауыр заттардың атқаратын рөлі

Жеңіл заттар, мысалы, ойыншық қайықтар, судың бетінде қалқып жүруінің себебі олардың тығыздығы судан төмен болуы. Осы қасиет олардың суға батпай, оңай жүзуіне мүмкіндік беріп, баланың ойынын да қызықты етеді. Мұндай заңдылықтар физиканың негізгі қағидаларының бірі ретінде қарастырылады.

Ал ауыр заттар, мысалы тас, судың бетіне батып кетеді. Мұның себебі олардың тығыздығы суға қарағанда көбірек. Бұл құбылыс заттың көлемі мен тығыздығының судың сүру қабілетіне тікелей байланысты екенін көрсете отырып, сұйықтар мен қатты заттардың өзара байланысын жан-жақты түсінуге мүмкіндік береді.

18. Қызықты сұрақ: неге бөтелке жүзеді?

Пластик бөтелкедегі ауа оның жалпы тығыздығын төмендетеді. Сондықтан, бөтелке судың бетінде оңай қалқып тұрады. Бұл феномен судың бетінде заттардың жүзуін түсінуде негізгі мысал ретінде қолданылады.

Осыған қарамастан бөтелкенің көлемі үлкен болып келетініне қарамастан салмағы салыстырмалы түрде аз болады. Кері итеруші күш, яғни судың бөтелкеге қарсы әсері, оны суда жүздіріп ұстап тұрады. Бұл табиғаттағы керемет теңгерімнің айғағы болып табылады.

19. Кері итеруші күштің табиғаттағы орны

Кері итеруші күш су асты өмірінің сақталуына үлкен ықпал етеді. Мысалы, теңіз жануарлары бұл күш арқылы еркін қозғалып, қоректену мен көбею үрдістерін жүзеге асырады. Егер бұл күш болмаса, жануарлар суда еркін қозғала алмас еді.

Сонымен қатар, кемелер мен қайықтардың жүзіп, қозғала алуы да осы күштің арқасында мүмкін болады. Табиғаттағы бұл заңдар адамзаттың күнделікті өміріндегі көптеген жеңілдіктердің, соның ішінде көлік және тасымалдаудың негізін құрайды.

20. Кері итеруші күш – судың және ауаның сиқыры

Кері итеруші күш – табиғаттағы өте маңызды күштердің бірі, ол заттардың су бетінде қалуын қамтамасыз етеді. Бұл күшсіз судың немесе ауаның бетінде заттардың тұруы мүмкін емес еді. Осы сиқырлы заң әлем әлемін жеңіл әрі қызықты етіп, біздің өмірімізге ерекше реңк береді.

Дереккөздер

Архимед. Механика құндылықтары. Антикалық ғылым және техниканың негіздері, 3-ғасыр б.з.д.

Планк Э. Физика негіздері. – М.: Наука, 1980.

Кун Л. История физики. – СПб: Наука, 1998.

Гринберг Д. Естественная физика в нашей жизни. – Москва: Просвещение, 2005.

Казакова Е.В. Физика для младших школьников – М.: Бином, 2017.

Петров В.И., Суханов А.А. Основы гидродинамики. – М.: Наука, 2015.

Иванова Н.С. Физика жидкостей и газов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2018.

Johnson P. Space fluid dynamics and microgravity. – Cambridge University Press, 2020.

Смирнов Д.Е. Морская биология и закономерности природы. – Владивосток: Дальневосточное издательство, 2017.

Леонов А.Г. Кораблестроение и сила Архимеда. – М.: Транспорт, 2019.