Способы определения архимедовой силы 7 класс

Архимедова сила

О чем эта статья:

Сила: что это за величина

Прежде чем говорить о силе Архимеда, нужно понять, что это вообще такое — сила.

В повседневной жизни мы часто видим, как физические тела деформируются (меняют форму или размер), ускоряются и тормозят, падают. В общем, чего только с ними не происходит! Причина любых действий или взаимодействий тел — ее величество сила.

Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на данное тело со стороны других тел. Сила измеряется в ньютонах — единице измерения, которую назвали в честь Исаака Ньютона.

Поскольку сила — величина векторная, у нее, помимо модуля, есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В этом случае результат выражается в направлении движения.

Открытие закона Архимеда

Так вышло, что закон Архимеда известен не столько своей формулировкой, сколько историей возникновения.

Легенда гласит, что царь Герон II попросил Архимеда определить, из чистого ли золота сделана его корона, при этом не причиняя вреда самой короне. То есть расплавить корону или растворить — нельзя.

Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало — нужно ведь определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита.

Рассчитать плотность металла, чтобы установить, золотая ли корона, можно по формуле плотности.

Формула плотности тела

ρ = m/V

ρ — плотность тела [кг/м 3 ]

m — масса тела [кг]

V — объем тела [м 3 ]

Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну — и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. Тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему.

Решение задачи было найдено и, согласно самой расхожей версии легенды, ученый закричал «Эврика!» и побежал докладывать о своей победе в царский дворец (и так торопился, что даже не оделся). 🤦🏻‍♂️

Формула и определение силы Архимеда для жидкости

На поверхность твердого тела, погруженного в жидкость, действуют силы давления. Эти силы увеличиваются с глубиной погружения, и на нижнюю часть тела будет действовать со стороны жидкости большая сила, чем на верхнюю.

Равнодействующая всех сил давления, действующих на поверхность тела со стороны жидкости, называется выталкивающей силой или силой Архимеда. Истинная причина появления выталкивающей силы — наличие различного гидростатического давления в разных точках жидкости.

Определение архимедовой силы для жидкостей звучит так:

Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, равна по модулю весу вытесненной жидкости и противоположно ему направлена.

Формула архимедовой силы для жидкости

ρ_ж — плотность жидкости[кг/м 3 ]

V_погр — объем погруженной части тела [м 3 ]

g — ускорение свободного падения [м/с 2 ]

На планете Земля g = 9,8 м/с 2 .

А теперь давайте порешаем задачки, чтобы закрепить, как вычислить архимедову силу.

Задача 1

В сосуд погружены три железных шарика равных объемов. Одинаковы ли силы, выталкивающие шарики? Плотность жидкости вследствие ничтожно малой сжимаемости на любой глубине считать примерно одинаковой.

Решение

Да, так как объемы одинаковы, а архимедова сила зависит от объема погруженной части тела, а не от глубины.

Задача 2

На графике показана зависимость модуля силы Архимеда F_Арх, действующей на медленно погружаемый в жидкость кубик, от глубины погружения x. Длина ребра кубика равна 10 см, его нижнее основание все время параллельно поверхности жидкости. Определите плотность жидкости. Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с 2 .

Решение

Сила Архимеда, действующая на кубик, равна F_Арх = ρ_жgV_погр.

V_погр. — объем погруженной части кубика,

ρ_ж — плотность жидкости.

Учитывая, что нижнее основание кубика все время параллельно поверхности жидкости, можем записать:

где а — длина стороны кубика.

ρ = F_Арх / ga 2 x

Рассматривая любую точку данного графика, получим:

ρ = F_Архga 2 x = 20,25 / 10 × 7,5 × 10 -2 = 2700 кг/м 3

Ответ: плотность жидкости равна 2700 кг/м 3 .

Условия плавания тел

Из закона Архимеда вытекают следствия об условиях плавания тел.

Погружение

Плавание внутри жидкости

Плавание на поверхности жидкости

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

Почему корабли не тонут?

Корабль сделан из металла, плотность которого больше плотности воды. И, по идее, он должен тонуть. Но дело в том, что корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Если корабль получит пробоину, то пространство внутри заполнится водой — следовательно, общая плотность корабля увеличится. Судно утонет.

В подводных лодках есть специальные резервуары, которые заполняют водой или сжатым воздухом. Если нужно уйти на глубину — водой, если подняться — сжатым воздухом. Рыбы используют такой же принцип в плавательном пузыре — наполняют его воздухом, чтобы подняться наверх.

Человеку, чтобы не утонуть, тоже достаточно набрать в легкие воздух и не двигаться — вода будет выталкивать тело на поверхность. Именно поэтому важно не тратить силы и кислород в легких на панику и борьбу, а расслабиться и позволить физическим законам сделать все за нас.

Формула и определение силы Архимеда для газов

На самом деле тут все очень похоже на жидкости. Начнем с формулировки закона Архимеда:

Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в газ, равна по модулю весу вытесненного газа и противоположно ему направлена.

Формула архимедовой силы для газов

ρ_г — плотность газа [кг/м 3 ]

V_погр — объем погруженной части тела [м 3 ]

g — ускорение свободного падения [м/с 2 ]

На планете Земля g = 9,8 м/с 2 .

Сила Архимеда для газов действует аналогично архимедовой силе для жидкостей. Давайте убедимся в этом, решив задачку.

Задача

Груз какой максимальной массы может удерживать воздушный шар с гелием объема 0,3 м 3 , находясь в атмосфере Земли? Плотность воздуха равна 1,3 кг/м 3 . Гелий считать невесомым.

Решение

Подставляем значения и получаем:

По второму закону Ньютона для инерциальных систем отсчета:

Выражаем массу груза и подставляем значения:

m = F_Арх / g = 0,39 / 10 = 0, 039 кг = 39 кг

Ответ: груз максимальной массы 39 г может удержать данный шарик с гелием.

Когда сила Архимеда не работает

Архимедова сила не работает лишь в трех случаях:

Невесомость. Главное условие возникновения Архимедовой силы — это наличие веса у среды. Если мы находимся в невесомости, холодный воздух не опускается, а горячий, наоборот, не поднимается.

Тело плотно прилегает к поверхности. Отсутствие газа или жидкости между поверхностью и телом свидетельствует об отсутствии выталкивающей силы — телу просто неоткуда выталкиваться.

Растворы и смеси. Если взять спирт, плотность которого меньше плотности воды, и смешать его с водой, получится раствор. На него не будет действовать сила Архимеда, несмотря на то, что плотность спирта меньше плотности воды — он просто растворится.

Источник

Архимедова сила. Физика. 7 класс. Конспект урока

Тип урока: комбинированный.

Цели:

1. образовательная: обеспечить усвоение учащимися формулы для расчета архимедовой силы.
2. воспитательные: показать связь изучаемого материала с жизнью; познакомить учащихся с практическими применениями закона в технике
3. развивающие: развитие познавательной активности и формирование мотивации к дальнейшему применению теоретических знаний в практике; в целях развития научного мировоззрения учащихся, показать роль физического эксперимента в физике

Задачи:

• Сформировать понятие об архимедовой силе, а так же умение выводить формулу, выражающую зависимость этой силы от плотности жидкости (газа) и объема тела, на основе закона Паскаля;
• Продолжить развитие логического мышления, монологической речи и зрительной памяти
• Формирование умений строить определения физических понятий, выбирать рациональные способы выполнения экспериментов.

ТСО: компьютер, проектор, магнитофон.

Наглядность: портрет Архимеда (фотографии опыта Плато – взяты из личной коллекции).

Оборудование и материалы: ведерко Архимеда, стакан с водой, стакан с крепким раствором соли, штатив с муфтой и лапкой, сосуд с отливом, свеча, спички, динамометр, рычаг, два тела равной массы, но неравного объема, резиновый мяч, алюминиевый цилиндр, картофелина, мензурка с касторовым маслом, краски, кисточка.

Для фронтального опыта:

1. Мензурка (15 шт.)
2. Вода в стакане (15 шт.)
3. Динамометр (15 шт.)
4. Штатив с муфтой и лапкой (15 шт.)

Использованные источники:

1. Крис Окслед, Корин Стокли Физика. Школьный иллюстративный справочник.- М.: «Росмэн», 2000
2. Л. А. Друянов Законы природы и их познание книга для внеклассного чтения. – М.: «Просвещение», 1992
3. Л. А. Горелов Занимательные опыты по физике. – М.: «Просвещение», 1985

Ресурсы Интернет:

Ход урока

Эпиграф к уроку:

«Кто овладел творениями Архимеда, будет
меньше удивляться открытиям самых
великих людей нашего времени».

I. Вводное слово учителя

Учитель: Мы в нашей жизни часто сталкиваемся с законом Архимеда: наблюдаем, как плавают рыбки, видим передвижение по реке лодок, пароходов, любим сами плавать, наблюдаем, как в воздухе летают воздушные шары. Сегодня мы с вами еще раз поговорим о законе Архимеда, о том, как он был открыт и как проявляется (зачитываем эпиграф).

Источник

Урок «Сила Архимеда» 7 класс

План – конспект урока

Тема урока: « Действие жидкости и газа на погруженное в них тело. Сила Архимеда»

Тип урока – комбинированный

Методы изучения: объяснительно-иллюстративный с элементами эвристической беседы

Вид урока: урок-беседа.

Цель урока: обнаружить наличие силы, выталкивающей тело из жидкости; установить от каких факторов зависит и от каких — не зависит выталкивающая сила.

Образовательные: изучить содержание закона Архимеда, используя простейшее оборудование проверить справедливость закона Архимеда;

Воспитательные:
вызвать у учащихся познавательный интерес к новым знаниям; воспитывать дисциплину поведения; содействовать формированию научного мировоззрения, представления о роли физики в жизни общества и его технических достижений
Развивающие:

создать условия для формирования интеллектуальных операций; формировать интеллектуальные умения анализировать, сравнивать, находить примеры сообщающихся сосудов в быту, технике, природе; развивать познавательный интерес к физике через создание проблемной ситуации, через работу с данным прибором, через показание практической значимости темы.

Оборудование: аквариум с водой, грузы, тела разного объёма, пробка, резинки.

1. Организационный момент

Здравствуйте, ребята, садитесь.

Настраиваются на урок

2. Анализ контрольной работы, актуализация знаний

Источник

Урок по ФГОС «Архимедова сила» (7 класс)

Тема: Архимедова сила

Урок – изучение новой темы по ФГОС в 7 классе

Оборудование: проектор, ноутбук, наглядное пособие, лабораторное оборудование на столах:

стакан с водой, динамометр, набор цилиндров одинакового объема, мензурка.

Цели урока: 1. Дать понятие выталкивающей силы, действующей на тело, погруженное в жидкость или газ;

2. Экспериментально найти способы нахождения выталкивающей силы;

3. Развивать логическое мышление, формировать интерес к наблюдаемым

4. Научить делать выводы из наблюдаемых явлений и формировать научное

1. Организационный момент. – Сегодня, ребята, мы проведем урок-исследование, в котором познакомимся с новым видом сил, действующих на тела, погруженных в жидкость или газ.

Создание проблемной ситуации:

2. Проблемный вопрос: — Вспомните купание летом или в бассейне. Вам приходилось нырять за предметами, лежащими на дне? Это может быть камень или игрушка на дне бассейна. Какие необычные ощущения вам приходилось испытывать?

Ответ : Чтобы нырнуть, надо набрать воздуха в легкие и задержать дыхание. В воду надо входить вертикально вниз. Чтобы нырнуть глубже, надо взять с собой груз – камень. Затем, достав дно – вода выталкивает тело наверх.

Учитель : — Кто такого не ощущал? Давайте продемонстрируем это явление на резиновом мячике – опыт с мячиком, погруженным в жидкость.

Учитель: — Ребята, как вы думаете, почему мячик всплывает?

Ответ : Он наполнен воздухом, у него малая сила тяжести, на него действует сила, направленная вверх, эта сила называется выталкивающей силой.

Учитель: — Теперь пришло время рассказать вам одну древнюю легенду о древнегреческом ученом – механике и математике. «Однажды царь Гиерон (250 лет до н.э.) поручил ученому проверить честность мастера, изготовившего золотую корону. Хотя корона весила столько, сколько было отпущено на нее золота, царь заподозрил, что она изготовлена из сплава золота с другими, более дешевыми металлами. Ученому было поручено узнать, не ломая короны, есть ли в ней примесь. Много дней мучила ученого эта задача. Взвесить корону было легко, но как найти ее объем, ведь корона была очень сложной формы… И вот однажды, находясь в бане, он погрузился в наполненную водой ванну, и его внезапно осенила мысль, давшая решение задачи. Ликующий и возбужденный своим открытием, ученый воскликнул: «Эврика! Эврика!», что значит «Нашел! Нашел!»

— Смоделируем ситуацию: У нас есть корона – позолоченная и есть ванна.

— Ребята, как найти объем короны или любого тела неправильной формы?

Ответ : Надо погрузить корону в ванну, измерить высоту подъема уровня жидкости, найти площадь основания ванны, затем вычислить объем вытесненной воды. Этот объем равен объему короны V = S · Δh . Вывод : Любое тело, погруженное в жидкость, вытесняет объем воды, равный объему тела.

— Ребята, как звали этого знаменитого ученого? Кто знает? Подумайте, как теперь называется выталкивающая сила?

Ответ : Учёного звали Архимед, поэтому сила называется «сила Архимеда» или «Архимедова сила».

Учитель : — Мы подошли к самому главному. Сформулируйте тему нашего урока. Открываем тетради, записываем число и тему урока «Сила Архимеда». Какие мы сегодня поставим задачи урока? Далее нам предстоит найти способ нахождения Архимедовой силы экспериментальным путем, найти формулу для расчета Архимедовой силы и сформулировать закон Архимеда.

Учитель: — Мы уже выяснили, что выталкивающая сила направлена вверх. Теперь нам предстоит найти формулы, по которым можно найти силу Архимеда и сформулировать закон Архимеда. Посмотрим, какие приборы есть у вас на столах.

Задача 1. Вам предстоит выяснить, как найти выталкивающую силу, действующую на цилиндр, погруженный в воду. Какие есть идеи? Как вы думаете, вес цилиндра в воздухе и в воде будет одинаковым? Давайте проверим.

Р ₁ = 1,6 Н Р ₂ = 1,4 Н

— Почему в жидкости вес стал меньше?

Ответ : На тело действует выталкивающая сила, направленная вверх.

Учитель: — Как найти выталкивающую силу?

— Как мы ее назвали по-другому?

— Обводим формулу в рамочку.

F _{арх =} 1,6 Н — 1,4 Н = 0,2 Н

Учитель: — Теперь возьмите цилиндр из другого вещества (алюминиевый). Найдите силу Архимеда? Какой получился результат? Почему оказалось, что выталкивающие силы одинаковые?

Ответ : У тел разная плотность, масса, но одинаковые объемы.

Учитель : — Значит, существует другой способ нахождения выталкивающей силы, этот способ связан с объёмом тела? Обратимся к рисунку 148. Открываем учебник.

— что означают силы F ₁ и F ₂ на рис.?

Ответ : Это силы гидростатического давления. F ₁ – сила, действующая на верхнюю грань, F ₂ — сила, действующая на нижнюю грань, S – площадь поверхности тела на которую действует жидкость.

Источник