Сравните значение выталкивающей силы полученные двумя способами

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

Физикааааааа Перышкин Лаба №8 Помогите

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫТАЛКИВАЮЩЕЙ СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НА ПОГРУЖЁННОЕ В ЖИДКОСТЬ ТЕЛО
Цель: Обнаружить на опыте выталкивающее действие жидкости на погружённое в неё тело и определить выталкивающую силу.
Материалы: Динамометр, штатив с муфтой и лапкой, два тела раз ного объёма, стаканы с водой и насыщенным раствором соли в воде.

1. Повторите по учебнику § 51 «Архимедова сила».
2. Укрепите динамометр на штативе и подвесьте к нему на нити тело. Отметьте и запишите в таблице показание динамометра. Это будет вес тела в воздухе.
3. Подставьте стакан с водой и опускайте муфту с лапкой и динамометром, пока всё тело не окажется под водой. Отметьте и запишите в таблицу показание динамометра. Это будет вес тела в воде.

4. По полученным данным вычислите выталкивающую силу, действующую на тело.
5. Вместо чистой воды возьмите насыщенный раствор соли и снова определите выталкивающую силу, действующую на то же тело.
6. Подвесьте к динамометру тело другого объёма и определите указанным способом (см. пункты 2 и 3) выталкивающую силу, действующую на него в воде.
7. Результаты запишите в таблицу.

На основе выполненных опытов сделайте выводы.
От каких величин зависит значение выталкивающей силы?
Буду рад вашим ответам
спасибо

Источник

Урок- исследование по физике в 7 классе «Измерение выталкивающей силы»

Выбранный для просмотра документ Лабораторная работа.docx

Учащийся 7 класса________________________________

Лабораторная работа №5

Тема: « Измерение выталкивающей силы. Исследование силы Архимеда »

определить выталкивающую силу, действующую на тело, погруженное в воду;

исследовать зависимость архимедовой силы от объёма погружённой в жидкость части тела, плотности тела;

исследовать независимость архимедовой силы от глубины погружения

Оборудование: штатив, динамометр, измерительный стакан, набор грузов.

1 задание — «Измерение выталкивающей силы»

Погрузите маленький алюминиевый цилиндр в измерительный стакан и определите его объем V .

Измерьте вес этого цилиндра в воздухе Р ₀ .

Измерьте вес цилиндра, полностью погруженного в воду Р ₁ .

Повторите измерения для двух других тел.

Результаты измерений занесите в таблицу.

Для каждого тела вычислите выталкивающую силу (Архимедову) F _A как разницу между весом тела в воздухе Р ₀ и в воде Р ₁ ( F _A = Р ₀ — Р ₁ ).

Зная объем вытесненной воды, вычислите её вес для каждого из трех цилиндров.

Результаты вычислений занесите в таблицу 1 .

Сравните для каждого тела вычисленные значения F _A и Р _воды и попробуйте сформулировать закон Архимеда, т.е. чему равна выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость.

2 задание — «Исследование зависимости архимедовой силы от объёма полностью погружаемых в жидкость тел; плотности тела.

Сравните значения архимедовой силы, вычисленной для каждого из цилиндров.

Сделайте вывод о зависимости этой силы от объема полностью погружаемых в жидкость тел.

Сравните архимедовы силы, действующие на алюминиевый и стальной цилиндры того же объёма при полном погружении их в воду. Численные значения архимедовой силы, действующей на каждый цилиндр, занесите в таблицу 2.

Сделайте вывод : зависит ли архимедова сила от плотности тела.

3 задание – «Исследование зависимости архимедовой силы от объёма погружённой в жидкость части тела; от глубины погружения»

Измерьте вес большого алюминиевого цилиндра в воздухе Р ₀ .

Измерьте вес цилиндра в воде Р ₁ , погруженного примерно на объема в воду, затем на и т.д.

Результаты измерений занесите в таблицу 3.

Для каждого тела вычислите выталкивающую силу (Архимедову) F _A как разницу между весом тела в воздухе Р ₀ и в воде Р ₁ ( F _A = Р ₀ — Р ₁ ).

Сравните значения выталкивающей силы для каждого случая .

Сделайте вывод о зависимости архимедовой силы от объема, погружённой в жидкость части тела.

Возьмите любой маленький цилиндр.

Измерьте вес тел в воздухе Р ₀ и вес тел в воде Р ₁ при полном погружении на разной глубине.

Результаты измерений занесите в таблицу.

Вычислите архимедову силу в каждом случае.

Данные вычислений занесите в таблицу.

Сравните значения архимедовой силы, вычисленной для каждого случая.

Сделайте вывод: зависит ли выталкивающая сила от глубины погружения цилиндра в воду.

Даны два тела одинакового объема. При этом у первого тела плотность в два раза больше. Как отличаются выталкивающие силы, действующие на эти тела, погруженные в воду?

Объем первого тела в два раза больше объема второго тела. При этом плотность первого тела в три раза больше. Как отличаются выталкивающие силы, действующие на эти тела, погруженные в воду?

Даны два тела одинакового объема. Первое тело погружено полностью, а второе — только наполовину. Как отличаются выталкивающие силы, действующие на эти тела, погруженные в воду?

Объем первого тела в два раза больше объема второго тела. При этом масса первого тела в три раза больше. Как отличаются выталкивающие силы, действующие на эти тела, погруженные в воду?

Даны два тела одинакового объема. Первое тело лежит на дне сосуда, а второе плавает на глубине. Как отличаются выталкивающие силы, действующие на эти тела, погруженные в воду?

Выбранный для просмотра документ Презентация к уроку.pptx

Описание презентации по отдельным слайдам:

Урок- ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА “Один опыт я ставлю выше, чем тысяча мнений, рожденных только воображением” М.В.Ломоносов

Наблюдения Гипотеза Опыт Выводы. Законы Научное знание

ГИПОТЕЗА ЗАВИСИТ ИЛИ НЕТ? от плотности жидкости да нет от объема погруженного в жидкость тела да нет от плотности тела да нет от глубины погружения в жидкость да нет от формы тела да нет от массы тела да нет

Домашнее задание. Подготовиться к лабораторной работе № 10 стр. 235 учебника. Дополнительное задание для любознательных: дома самостоятельное исследование зависимости силы Архимеда от формы тела. Продумать схему опыта, ход работы. Подсказка: взять три одинаковых кусочка пластилина.

Человек должен верить, что непостижимое постижимо, иначе он не стал бы исследовать. И.Гёте.

Выбранный для просмотра документ мой анализ.docx

Анализ урока физики в 7 классе

«Исследование выталкивающей силы»

Учитель Азарова Г.М.

Класс со средним познавательным уровнем. Обученность – 100%, но есть группа учащихся со очень слабым уровнем знаний. Поэтому были учтены реальные учебные возможности учеников во время планирования и проведения урока . Лабораторная работа состояла из 3 этапов- трех уровней сложности. Первый этап- репродуктивный. Остальные – более творческие. Определенному уровню работы соответствует своя оценка. Каждый из ребят мог попробовать свои силы и для решения более сложных задач.

Во время выполнения подобных заданий важную роль играет мыслительная деятельность учащихся – анализ предметов и явлений, их сравнение и сопоставление, обобщение. Это и было главной задачей урока.

Специфика этого урока в том, что используется виртуальная лабораторная работа. Современные компьютерные технологии позволяют школьникам непосредственно наблюдать, исследовать, измерять то, что приходится сейчас воспринимать либо со слов учителя, либо из текста книги. Я думаю, что урок от этого только выигрывает, становится более насыщенным, более богатым физическим содержанием, возрастает и познавательная активность школьников.

Все этапы урока были последовательными и логически связанными. Структура урока соответствует данному типу урока. Обеспечивалось целостность и завершенность урока.

Реализация принципов обучения: соблюдался принцип систематичности и последовательности формирования УУД. Методы обучения, которые были использованы на уроке: эвристическая беседа, создание и решение проблемы, индивидуальная работа и работа в парах , дифференцированные задания. Эти методы обучения обеспечивали поисковый и творческий характер познавательной деятельности учащихся.

Организация учебной работы на уроке:

Осуществлялась постановка учебных задач на каждом этапе, сочетались разные формы работы на уроке: индивидуальная, работа в парах, фронтальная . Осуществлялось развитие логического мышления, умений сравнивать, делать выводы у учащихся. Были подведены итоги каждого этапа, а затем и всего урока. Осуществлялось чередование разных видов деятельности обучающихся.

Система работы учителя:

Урок прошел организованно, был логический переход от одного этапа к другому, было четкое управление учебной работой учащихся, владение классом, соблюдение дисциплины. Был правильно определен объем учебного материала на уроке, умелое распределение времени, характер обучения был демократичным, объективным. На уроке царила доброжелательная атмосфера, и учащиеся чувствовали себя достаточно свободно. Моя речь была грамотной, доступной, точной, содержательной, выразительной и эмоциональной.

Система работы учащихся:

Учащиеся были очень активны и организованны на разных этапах урока, были доброжелательны к учителю, показали умения творческого применения знаний, умений и навыков самостоятельно делать выводы.

Общие результаты урока:

План урока выполнен полностью, были реализованы общеобразовательные, воспитывающие развивающие цели урока. Домашнее задание было зафиксировано на доске.

Что было лишним в моей деятельности и действиях школьников?

Каковы причины успехов и недостатков проведенного урока?

Каковы неиспользованные резервные возможности?

Что в этом уроке следовало бы сделать иначе, по-другому?

Какие выводы из урока необходимо сделать на будущее?

Урок и мои действия лежат в рамках моих критериев.

Выбранный для просмотра документ мой урок измерение выталкивающей силы.docx

Источник