Теглителна сила. Закон на Архимед

академична година

Тема на урока: Архимедова сила.

Закон на Архимед

целиурок:

образователен: ооткриват наличието на сила, която изтласква тялото от течността;

развитие:учат да прилагат закона на Архимед;

образователен: формиране на интелектуални умения за анализиране, сравняване, систематизиране на знания. Възпитайте у учениците интерес към науката.

Вид на урока: урок за усвояване на нови знания.

Оборудване (за учител): статив, стъклен съд с отвор за изтичане на водата, динамометър, комплект тежести, чаша

за студенти:динамометър, конец, комплект тежести, съдове с вода, пластелин, топка.

Демонстрация:опит по фиг.139 от учебника, дървено блокче, топка, съд с вода.

ходурок

1. Организационен момент.

Съобщение за целите на урока.

2.Актуализиране на знанията.

Отговори на въпросите:

1. Как е формулиран законът на Паскал?

2. Как се изчислява налягането на течността върху дъното и стените на съда?

3. Подготовка за усвояване на нов материал.

Постановка на образователни проблеми:

а/ Действа ли течност върху потопено в нея тяло?

б/ Винаги ли течността действа върху потопено тяло?

в/ как теоретично да обясним това действие на течност върху потопено в нея тяло?

Да се ​​обърнем към опита. Спускаме дървен блок във водата. Блокът плува на повърхността на водата. Защо дървен блок плува във водата?

Спускаме топката във водата и махаме ръката си. Топката отскача върху повърхността на водата. Защо топката изскача от водата?

Върху потопените тела във вода действа подемна сила.

Винаги ли течността действа върху потопено тяло? Метален цилиндър, потопен във вода, потъва. Забелязва ли се ефектът на водата върху това тяло?

4. Обяснениеновматериал:

Нека направим експеримент. Закачете цилиндъра на динамометър и наблюдавайте разтягането на пружината във въздуха и след това във водата.

1. Опит за откриване на плаваемост:

1. Определете теглото на товара във въздуха P1.

2. Определете теглото на товара във вода P2.

3. Сравнете резултатите от измерването и направете заключение.

Заключение:телесното тегло във вода е по-малко от телесното тегло във въздуха: P1 > P2.

Защо телесното тегло във вода е по-малко от телесното тегло във въздуха?

Отговор: течността действа върху всяко тяло, потопено в нея. Тази сила е насочена вертикално нагоре.

- А как можете да намерите големината на плаващата сила?

Отговор:теглото на тялото във въздуха трябва да се извади от теглото на тялото във водата.

Стигнахме до следния извод. Върху тяло, потопено в течност, действат две сили: едната е гравитационна, насочена надолу, другата е плаваща, насочена нагоре.

https://pandia.ru/text/78/176/images/image003_168.gif" width="12" height="75"> 2

Днес ще изучаваме подемната сила, действаща върху телата, потопени в течност. Нека разберем от какви фактори зависи тази сила. Нека се научим как да изчисляваме тази сила. Нарича се бутане,или Архимедовмощност в чест на древногръцкия учен Архимед, който пръв посочи съществуването му и изчисли стойността му.

Архимед (287-212 пр.н.е.) -

Древногръцки учен, физик и математик. Установява правилото на лоста, открива закона за хидростатиката. В края на разработката на урока е приложен материал за Архимед.

5. Работа в групи.

От какво зависи Архимедовата сила?

За да отговорим на този въпрос, ще работим по групи. Всяка група получава задача и отговаря на въпроса.

Назначаване на първа група

Определете зависимостта на Архимедовата сила от плътността на тялото.

Оборудване:съд с вода, динамометър, тела с еднакъв обем и различна плътност (алуминиеви и медни цилиндри), нишка.

1.Определете теглото на алуминиевия цилиндър във въздуха. P1= …….. H

2. Определете теглото на алуминиевия цилиндър във вода. P2= …...... H

3. Намерете Архимедовата сила, действаща върху алуминиевия цилиндър. P1 - P2=………. з

4. Определете теглото на медния цилиндър във въздуха. P3=………. з

5. Определете теглото на медния цилиндър във вода. P4= ………H

6. Намерете архимедовата сила, действаща върху медния цилиндър. P3 - P4 = ……..N

7. Направете заключение за зависимости (независимост)Архимедова сила върху плътността на тялото.

Отговор: Архимедова сила ………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………… от плътността на тялото.

Назначаване на втора група

Определете зависимостта на Архимедовата сила от обема на тялото.

Оборудване:съд с вода, тела с различен обем (алуминиеви цилиндри), динамометър, конец.

1. Определете теглото на големия цилиндър във въздуха. P1= H

2. Определете теглото на големия цилиндър във вода. P2= H

3. Намерете архимедовата сила, действаща върху големия цилиндър. Р1 –Р2= Н

4. Определете теглото на малкия цилиндър във въздуха. P3= H

5. Определете теглото на малкия цилиндър във вода. P4= H

6. Намерете архимедовата сила, действаща върху малък цилиндър. Р3 –Р4= H

7. Направете заключение за зависимости (независимост) на Архимедовата сила върху обема на тялото.

Отговор: Архимедова сила ………………………………… върху обема на тялото.

Назначаване на трета група

Определете зависимостта на Архимедовата сила от плътността на течността.

Оборудване:динамометър, конец, съдове с прясна и солена вода, топка.

1. Определете теглото на топката във въздуха. P1= H

2. Определете теглото на топката в прясна вода. P2= H

3. Намерете архимедовата сила, действаща върху топката в прясна вода. P1 - P2 = H

4. Определете теглото на топката във въздуха. P1= H

5. Определете теглото на топката в солена вода. P3= H

6. Намерете Архимедовата сила, действаща върху топката в солена вода. P1-P2 = H

7. Направете заключение за зависимости (независимост) на Архимедовата сила върху плътността на течността.

Отговор: Архимедова сила ………………………………… върху плътността на течността.

Задача за четвърта група

Определете зависимостта на Архимедовата сила от дълбочината на потапяне.

Оборудване:динамометър, конец, чаша с вода, алуминиев цилиндър.

1.Определете теглото на алуминиевия цилиндър във въздуха. P1= H

2. Определете теглото на алуминиевия цилиндър във вода на дълбочина 5 см. P2= H

3. Намерете архимедовата сила, действаща върху алуминиев цилиндър във вода.

P1 - P2 = H

4. Определете теглото на алуминиевия цилиндър във въздуха. P1= H

5. Определете теглото на алуминиевия цилиндър във вода на дълбочина 10 см. P3 = H

6. Намерете архимедовата сила, действаща върху алуминиевия цилиндър във втория случай.

P1 - P3 \u003d H

7. Направете заключение за зависимости (независимост) на Архимедовата сила върху дълбочината на потапяне на тялото.

Отговор: Архимедова сила ……………………………………………………………………………………………………………….

Назначаване на пета група

Определете зависимостта на Архимедовата сила от формата на тялото.

Оборудване:динамометър, конец, съд с вода, парче пластилин.

1. Дайте на парче пластилин формата на куб.

2. Определете теглото на пластилин във въздуха. P1= H

3. Определете теглото на пластилин във вода. P2 = H

4. Намерете архимедовата сила, действаща върху парче пластилин. P1 - P2 = H

5. Дайте на парче пластилин формата на топка.

6. Определете теглото на пластилина във въздуха. P3= H

7. Определете теглото на пластилин във вода. P4= H

8. Намерете архимедовата сила, действаща върху парче пластилин. P3-P4= N

9. Сравнете тези сили и направете заключение за зависимости (независимост) на Архимедовата сила върху формата на тялото.

Отговор: Архимедова сила ………………………………………………… от формата на тялото.

След получаване на резултатите всяка група се отчита устно за работата си и докладва своите констатации. Изводите се записват от учениците в тетрадки, а от учителя - на дъската под формата на таблица:

Научихме, че Архимедовата сила зависи от обема на тялото и плътността на течността. Как да обясним теоретично въздействието на течност върху потопено в нея тяло. Опитите показват, че действието на течността е насочено нагоре.

Стойността на силата на плаваемост може да се определи с помощта на инструмента пред вас.

Устройството се нарича "кофата на Архимед". Това е пружина с показалка, везна, кофа, цилиндър със същия обем, съд за изливане, чаша.

Тук пружината действа като динамометър.

1. Покажете, че обемът на кофата е равен на обема на цилиндъра.

2. Налейте вода в дренажния съд точно над нивото на дренажната тръба. Излишната вода ще се излее в чашата. Отцеждаме водата.

3. Да закачим кофата на пружината, а на нея - цилиндъра. Отбелязваме разтягането на пружината с помощта на показалец. Стрелката показва тежестта на тялото във въздуха.

4. След като повдигнахме тялото, заменяме съд за изливане под него. След потапяне в съда за наливане, част от водата ще се излее в чашата. Показалецът на пружината ще се премести нагоре и пружината ще се свие, което показва намаляване на теглото на тялото в течността.

Защо пружината се свива?

В този случай, освен гравитацията, тялото се влияе и от силата, която го изтласква от течността.

В каква посока е насочена подемната сила?

Подемната сила е насочена нагоре.

5. Изсипете вода от чаша в кофа.

Обърнете внимание на пружинния индикатор. Къде спря индикаторът на пружината, след като наляхме вода от чаша в кофа?

Показалецът се върна в първоначалното си положение.

Защо стрелката на пружината се върна в предишната си позиция?

В допълнение към гравитацията и плаваемостта, пружината се влияе от теглото на водата в кофата.

Теглото на водата е равно на подемната сила.

Забележете колко вода излезе.

Пълна кофа.

Сравнете обема на водата, излята в кофата, и обема на цилиндъра.

Те са същите.

Въз основа на този опит заключаваме: подемната сила е равна на теглото на течността, изместена от тялото.

6. Формулиран е законът на Архимед: върху тяло, потопено в течност, действа подемна сила, равна по големина на теглото на течността, изместена от тялото.

Въз основа на този опит може да се заключи, че силата, изтласкваща тяло, напълно потопено в течност, е равна на теглото на течността в обема на това тяло.

Ако се направи подобен експеримент с тяло, потопено в газ, това ще покаже сила, изтласкването на тялото от газа също е равно на теглото на газа, взет в обема на тялото.

И така, опитът потвърди, че Архимедовата (или плаващата) сила е равна на теглото на течността в обема на тялото, т.е. FA=РЖ= g m zh.

Масата на течността m f, изместена от тялото, може да се изрази чрез нейната плътност (ρ f) и обема на тялото (Vt), потопено в течността (тъй като Vl - обемът на течността, изместена от тялото, е равен на Vt - обемът на тялото, потопено в течността, Vl = Vt), t т.е. mzh = ρzhVt.

Тогава получаваме FA =gρzhVt.

Както беше установено, Архимедовата сила зависи от плътността на течността, в която е потопено тялото, и от обема на това тяло. Но това не зависи, например, от плътността на веществото на тяло, потопено в течност, тъй като това количество не е включено в получената формула.

Нека сега определим теглото на тяло, потопено в течност (или газ). Тъй като двете сили, действащи върху тялото в този случай, са насочени в противоположни посоки (гравитацията е надолу, а Архимедовата сила е нагоре), тогава теглото на тялото във течност P1 ще бъде по-малко от теглото на тялото във вакуум P = g m (m е масата на тялото) от архимедовата сила FA \u003d g m f (m f е масата на течността, изместена от тялото), т.е. P1 \u003d P - FA, или P1 \u003d g m - g m f.

Така, ако едно тяло е потопено в течност (или газ), тогава то губи от теглото си толкова, колкото тежи течността (или газът), изместена от него.

Трябва да се помни, че при изчисляване на силата на Архимед V се разбира само като тази част от обема на тялото, която е изцяло в течността.

Това може да бъде част от обема на тялото (ако то плава на повърхността, не е напълно потопено) и целият обем (ако тялото се удави).

На фигура 2 този обем е защрихован.

https://pandia.ru/text/78/176/images/image007_112.gif" width="673" height="348 src=">

Законът на Архимед може да бъде получен математически.

За да обясним, използваме идеята за налягането на течността върху тялото. Налягане вътре в течността: p=gρzhh. Разгледайте фигура 3. В течността има паралелепипед. Ако горната стена е на дълбочина h1, а долната е на дълбочина h2, то р2 >р1. Натискът върху страничните повърхности се компенсира, тъй като според закона на Паскал (върху страничните страни) налягането на едно и също ниво е еднакво във всички посоки.

https://pandia.ru/text/78/176/images/image009_99.gif" width="673" height="298">

Заключение:изтласкването на тялото става в резултат на действието на различни налягания върху долната и горната част на лицето:

Долен > Горен.

Намираме силите, с които течността действа върху горната и долната страна на паралелепипеда.

F1=p1S= gρzh h1.

F2=p2S= gρzh h2.

F2 - F1=gρЖ h2- gρЖh1=gρЖ (h2 –h1).

Тъй като (h2 –h1)= h е височината на паралелепипеда, тогава Sh=V е обемът на паралелепипеда. В резултат на това F2 - F1 =gρЖV.

Накрая: FA = gρzhV.

Какво е gρzhV? Според формулата това е теглото на течността, изместена от тези тела.

5. Пример за решаване на задача

Определете подемната сила, действаща в морската вода върху камък с обем 1,6 m3.

Дадено: Решение:

https://pandia.ru/text/78/176/images/image010_85.gif" width="2 height=86" height="86">V= 1,6 m3 FA =gρzhV. FA=9,8 m /kg 1030 kg /m3 1,6 m3 = N ≈ 16,5 kN.

ρzh =1030 kg/m3

DIV_ADBLOCK800">

18. Два стоманени цилиндъра с еднаква маса са окачени на везната. Ще се наруши ли балансът на везните, ако единият цилиндър се потопи във вода, а вторият цилиндър се потопи в керосин. Плътността на водата е 1000 kg/m3, а плътността на керосина е 800 kg/m3.

7. Работа върху книгата.

Решаване на задачи от упражнение 32 (3.4) от учебника.

8. Проверка на усвояването от учениците на преминатия материал.

Учениците получават карти със задачи с различни нива на трудност:

Първата задача е да се определи силата на плаване, втората е да се определи обемът, третата е комбинирана.

Карта 1.

2. Какъв е обемът на стоманен цилиндър, ако разликата между теглото на цилиндъра във въздух и вода е 4 N? Плътността на водата е 1000 kg/m3.

3. Гранитна плоча с размери 1,2 х 0,6 х 0,3 m е потопена във вода с половината от обема си. Колко по-лека е дъската? Плътността на водата е 1000 kg/m3.

Карта 2.

1. Обемът на топката е 0,002 m3. Каква е подемната сила, действаща върху топката, когато е потопена във вода? Плътността на водата е 1000 kg/m3.

3. Оловен цилиндър с тегло 200 g е окачен на пружинна везна. След това цилиндърът се потапя във вода. Какви са показанията на везните в първия и втория случай? Плътността на водата е 1000 kg/m3. плътност на оловото 11300 kg/m3.

Карта 3.

1. С каква сила се изтласква от керосина коркова пръчка с размери 4 х 5 х 10 cm? Плътност 800 kg/m3.

2. Архимедовата сила, действаща върху детайла във вода, е 1000 N. Намерете обема на детайла. Плътността на водата е 1000 kg/m3.

Карта 4.

1. Каква е подемната сила, действаща върху метален прът с обем 0,8 dm3, когато е напълно потопен във вода? Плътността на водата е 1000 kg/m3.

2. Архимедовата сила, действаща върху гредата във вода, е 1000 N. Намерете обема на частта. Плътността на водата е 1000 kg/m3.

3. Каква сила трябва да се приложи, за да се задържи гранитна плоча във вода, върху която действа сила на гравитация от 27 000 N? Обемът на плочата е 1 m3. плътност на водата - 1000 kg/m3.

Карта 5.

1. Обемът на стоманения прът е 6 dm3. Каква е плаващата сила, действаща върху блока? Плътността на водата е 1000 kg/m3.

2. Стоманената плоча тежи 1960 N във въздуха, след потапяне във вода плочата започва да тежи 1708,7 N. Какъв е обемът на стоманената плоча? Плътността на водата е 1000 kg/m3.

3. Дървена топка с плътност 500 kg/m3 плува във вода. Каква част от обема на сферата е потопена във вода, ако плътността на водата е 1000 kg/m3.

9. Обобщаване на урока.

В този урок изучавахме принципа на Архимед. Какво научихме? Постигнахме ли целите на урока?

Тези, които се открояват, биват съдени. Благодаря много за урока!

10. Домашна работа: § 49, упражнение 32 (1,2)

§ 8. Легенда за Архимед. Страница 163.

За способни ученици изпълнете задача 29.

Допълнителен материал към урока

На страница 106 от книгата „Занимателна физика“ има статии „Вечният“ воден двигател“, „Как е отгледан Садко? Препоръчвам да прочетете.

Архимед и неговите изобретения.

Несъмнено Архимед (около 287-212 г. пр. н. е.) е най-блестящият учен на Древна Гърция. Той се нарежда до Нютон, Гаус, Ойлер, Лобачевски и други велики математици на всички времена. Неговите трудове са посветени не само на математиката. Той направи забележителни открития в механиката, познаваше добре астрономията, оптиката, хидравликата и беше наистина легендарна личност.

Син на астронома Фидий, който е написал есе за диаметрите на Слънцето и Луната, Архимед е роден и живял в гръцкия град Сиракуза в Сицилия. Бил е близък до двора на крал Йерон II и неговия син-наследник.

Историята за жертвената корона на Хиеро е добре известна. Архимед беше инструктиран да провери честността на бижутера и да определи дали короната е направена от чисто злато или с примеси от други метали и дали вътре в нея има празнини. Един ден, мислейки за това, Архимед се потопи във ваната и забеляза, че водата, изместена от тялото му, се излива през ръба. На брилянтния учен веднага му хрумва блестяща идея и с вик "Еврика, еврика!" той, тъй като беше гол, се втурна да проведе експеримента.

Идеята на Архимед е много проста. Тяло, потопено във вода, измества толкова течност, колкото е обемът на самото тяло. Като поставите короната в цилиндричен съд с вода, можете да определите колко течност ще измести, тоест да разберете нейния обем. И, знаейки обема и претегляйки короната, е лесно да се изчисли специфичното тегло. Това ще позволи да се установи истината: в крайна сметка златото е много тежък метал, а по-леките примеси и особено кухините намаляват специфичното тегло на продукта.

Но Архимед не спря дотук. В своя труд „За плаващите тела” той формулира закон, който гласи: „Тяло, потопено в течност, губи от теглото си толкова, колкото е теглото на изместената течност”. Законът на Архимед е (заедно с други, по-късно открити факти) в основата на хидравликата - наука, която изучава законите на движението и равновесието на течностите. Именно този закон обяснява защо стоманена топка (без кухини) потъва във вода, докато дървено тяло плава. В първия случай теглото на изместената вода е по-малко от теглото на самата топка, т.е. Архимедовата „плаваща“ сила е недостатъчна, за да я задържи на повърхността. И тежко натоварен кораб, чийто корпус е изработен от метал, не потъва, потъва само до така наречената ватерлиния. Тъй като вътре в корпуса на кораба има много пространство, изпълнено с въздух, средното специфично тегло на кораба е по-малко от плътността на водата и силата на плаваемост го поддържа на повърхността. Принципът на Архимед обяснява и защо балон, пълен с топъл въздух или газ, който е по-лек от въздуха (водород, хелий), излита нагоре.

Познаването на хидравликата позволи на Архимед да изобрети винтова помпа за изпомпване на вода. Доскоро такава помпа (kohl) се използваше в испански и мексикански сребърни мини.

От курса по физика всеки е запознат с правилото на Архимед на лоста. Според легендата ученият изрекъл крилатата фраза: „Дайте ми опора и аз ще повдигна Земята!“ . Разбира се, Архимед имаше предвид използването на лост, но беше донякъде самоуверен: освен опорна точка, той щеше да се нуждае и от абсолютно фантастичен лост - невероятно дълъг и в същото време неогъваем прът.

Надеждни факти и множество легенди показват, че Архимед е изобретил много интересни машини и устройства.

Списък на използваната литература:

Самостоятелна работа по физика.

Занимателни експерименти по физика.

6 клас по физика и задачи dәreslәr.

Книга за четене по физика.

Сборник задачи по физика 7-8 клас.

Тематично и урочно планиране.

Занимателна физика. Книга 2. (стр. 106).

Pourochnye развитие във физиката.

А. В. Постников. Проверка на знанията на учениците по физика.

Качествени проблеми във физиката.

Самостоятелна работа на студентите по физика.

Дидактически материал по физика.

Допълнителни задачи по темата

Задачи:

Задачи от първо ниво на сложност.

За определяне на плаващата сила.

1. Обемът на стоманения прът е 0,2 m3. Каква е подемната сила, действаща върху блока, когато е потопен във вода? Плътността на водата е 1000 kg/m3.

2. Обемът на топката е 0,002 m3. Каква е подемната сила, действаща върху топката, когато е потопена във вода? Плътността на водата е 1000 kg/m3.

3. С каква сила се изтласква от керосина коркова пръчка с размери 4 х 5 х 10 cm? Плътност 800 kg/m3.

4. Каква е подемната сила, действаща върху метален прът с обем 0,8 dm3, когато е напълно потопен във вода? Плътността на водата е 1000 kg/m3.

5. Обемът на стоманения прът е 6 dm3. Каква е плаващата сила, действаща върху блока? Плътността на водата е 1000 kg/m3.

6. Във водата се спуска цилиндър с обем 0,02 m3. Намерете архимедовата сила. Плътността на водата е 1000 kg/m3.

7. Изчислете силата на плаваемост, действаща върху гранитен блок, който при пълно потапяне във вода измества част от нея. Обемът на изместената вода е 0,8 m3. Плътността на водата е 1000 kg/m3.

8. Стоманобетонна плоча с размери 3,5 х 1,5 х 0,2 m е напълно потопена във вода. Изчислете архимедовата сила, действаща върху плочата. Плътността на водата е 1000 kg/m3.

Задачи от второ ниво на сложност.

За да определите обема:

1. Какъв е обемът на стоманен цилиндър, ако разликата в теглото на цилиндъра във въздух и вода е

4 N? Плътността на водата е 1000 kg/m3.

2. Определете обема на тяло, напълно потопено във вода, ако действащата върху него подемна сила е 29,4 N. Плътността на водата е 1000 kg/m3.

3. Архимедовата сила, действаща върху детайла във вода, е 1000 N. Намерете обема на детайла. Плътността на водата е 1000 kg/m3.

4. Архимедовата сила, действаща върху гредата във вода, е 1000 N. Намерете обема на частта. Плътността на водата е 1000 kg/m3.

5. Стоманената плоча тежи 1960 N във въздуха, след потапяне във вода плочата започва да тежи 1708,7 N. Какъв е обемът на стоманената плоча? Плътността на водата е 1000 kg/m3.

Задачи от трето ниво.

1. Гранитна плоча с размери 1,2 х 0,6 х 0,3 м е потопена във вода с половината от обема си. Колко по-лека е дъската? Плътността на водата е 1000 kg/m3.

2. Оловен цилиндър с тегло 200 g е окачен на пружинна везна. След това цилиндърът се потапя във вода. Какви са показанията на везните в първия и втория случай? Плътността на водата е 1000 kg/m3. плътност на оловото 11300 kg/m3.

3. Каква сила трябва да се приложи върху топка с обем 5 dm3 и маса 0,5 kg, за да се задържи под вода? Плътността на водата е 1000 kg/m3. Къде е насочена тази сила?

4. Каква сила трябва да се приложи, за да се задържи гранитна плоча във вода, върху която действа сила на гравитация от 27 000 N? Обемът на плочата е 1 m3. плътност на водата - 1000 kg/m3.

5. Дървена топка с плътност 500 kg/m3 плува във вода. Каква част от обема на сферата е потопена във вода, ако плътността на водата е 1000 kg/m3.

Задачи:

практически задачи.

работа с карти:

1. Алуминиеви и железни пръти са окачени в краищата на везната (виж Фиг.). Техните маси са избрани така, че везните във водата да са в равновесие. Кое кюлче ще натежи, ако водата от техния съд се излее?

2. Две еднакви стоманени топки са окачени в краищата на везната. Ще се запази ли равновесието, ако топките се спускат в различни течности (виж фигурата)?

Керосин вода

3. Фигурата показва две сферични тела, плаващи във вода. Кое тяло има най-голяма плътност?

4. Тяло се носи по повърхността на водата. Изобразете графично силите, действащи върху това тяло (вижте фиг.).

5. Стъклена топка без въздух и оловна топка се уравновесяват на везна (виж фиг.) Ще се наруши ли равновесието на везните, ако везните заедно с топките се преместят на върха на планината?

6. Топки с еднаква маса, но различни обеми са окачени на еднакви пружини. Отдолу съд с вода се довежда до топките и се повдига до такова ниво, че топките са напълно потопени във вода (виж фиг.) Коя пружина ще се свие повече?

7. Тела с еднаква маса и еднакъв обем са окачени на пружини с еднаква еластичност (виж фиг.). Коя пружина ще бъде най-къса, когато е потопена в течност?

8. Коя от стоманените топки, спуснати във водата, се влияе от най-голяма подемна сила? Защо?

9. Еднакви топки, окачени на везната, бяха потопени в течност, както е показано на фигурата. Аи след това, както е показано на фигурата b.В какъв случай ще се наруши равновесието на везните? Защо?

Плътност на някои вещества, необходими за решаване на проблеми.

Съобщение от администратора:

Момчета! Кой отдавна иска да научи английски?
Отидете на и вземете два безплатни урокав SkyEng School of English!
Аз самият работя там - много готино. Има прогрес.

В приложението можете да научите думи, да тренирате слушане и произношение.

Опитай. Два урока безплатно с моя линк!
Кликнете

Върху тяло, потопено в течност или газ, действа подемна сила, равна на теглото на течността или газа, изместени от това тяло.

В интегрална форма

Архимедова силавинаги насочена срещу гравитацията, така че теглото на тяло в течност или газ винаги е по-малко от теглото на това тяло във вакуум.

Ако тялото плава върху повърхност или се движи нагоре или надолу равномерно, тогава плаващата сила (наричана още Архимедова сила) е равна по абсолютна стойност (и противоположна по посока) на силата на гравитацията, действаща върху обема течност (газ), изместен от тялото, и е приложена към центъра на тежестта на този обем.

Що се отнася до телата, които са в газ, например във въздух, за да намерите повдигащата сила (силата на Архимед), трябва да замените плътността на течността с плътността на газа. Например, балон с хелий лети нагоре поради факта, че плътността на хелия е по-малка от плътността на въздуха.

При липса на гравитационно поле (гравитация), тоест в състояние на безтегловност, закон на Архимедне работи. Астронавтите са запознати с това явление доста добре. По-специално, при нулева гравитация няма феномен на конвекция (естественото движение на въздуха в космоса), следователно, например, въздушното охлаждане и вентилацията на жилищните отделения на космическите кораби се принуждават от вентилатори

Във формулата, която използвахме

Наблюденията и експериментите показват, че телата, поставени в течност и газ, са под налягане. Налягането на течност и газ на една и съща височина е еднакво във всички посоки. С промяна на надморската височина има промяна в налягането. Поради тази причина възниква подемна сила, която се нарича Архимедова сила. Каква е архимедовата сила в течност и газ.

Какво е налягането в газове и течности

Спомнете си определението за налягане. Чрез натиск стрнаречено физическо количество, равно на съотношението на силата Е, насочен перпендикулярно на повърхността с площ С:

$p=(F\над S)$ (1)

Френският изследовател Блез Паскал открива закона, по-късно наречен на негово име, който звучи така: течностите и газовете предават произведеното върху тях налягане еднакво във всички посоки.

Въз основа на закона на Паскал и формула (1), налягането на течния стълб може да се изчисли:

$p=(F\над S)=(m*g\над S)$ (2)

Където: ме масата на течността, ж= 9,8 N/kg е ускорението на свободното падане.

Тогава, ако изразим масата на течността по отношение на плътността ρ и обем V, получаваме:

$p=(ρ*V*g\над S)$ (3)

Изразяване на обем Vпрез площада Си височина ч, получаваме крайната формула за налягане:

$p=(ρ*g*h)$ (4)

Във физиката винаги е необходимо да се знае как се измерва дадено физическо количество. В чест на Паскал е наречен не само законът, но и единицата за налягане. Тъй като силата се измерва в нютони, а площта в квадратни метри, тогава:

$$=( \над )$$

Често се използват множество единици за налягане: килопаскал (kPa) и мегапаскал (MPa).

Закон на Архимед

Тежък предмет, който с голяма трудност откъсваме от земята, може да бъде повдигнат доста лесно, когато е във водата. Ако вземете празна пластмасова бутилка със затворена запушалка, потопите я напълно във вода и я пуснете, бутилката ще изплува. Защо се случва това?

За да обясним тези явления, достатъчно е да разгледаме последната формула (4). Зависимост от налягане стрв течност или газ от дълбочина ч(височина), води до появата на плаваща сила, действаща върху всяко тяло, потопено в течност или газ. Тази сила се нарича Архимедова сила.

Ориз. 1. Портрет, изображение на Архимед

Древногръцкият математик, инженер и физик Архимед (287-212 г. пр. н. е.) не само открива това явление, но успява да намери обяснение за него и извежда формула за изчисляване на силата на плаваемост. В допълнение към закона на Архимед, той открива известното правило на лоста, е първият, който извежда математически формули за изчисляване на площите и обемите на сложни геометрични повърхности, открива първия планетариум и изобретява много полезни устройства.

Ориз. 2. Действието на подемната сила върху тяло, потопено във вода

Чертеж, показващ правоъгълен паралелепипед (вис чи базова площ С), поставени в течност, ще помогнат да се отговори на въпроса: как да се намери Архимедовата сила. Силите на натиск върху страничните повърхности се балансират взаимно и силите Е 2 И Е 1 се различават, тъй като според формула (4) натискът върху горната и долната повърхност ще бъде различен поради факта, че ч 2 > ч 1 :

Получаваме формулата за получената сила Ф А, равно на разликата Е 2 И Е 1 :

$F_A=F_2−F_1=p_2*S−p_1*S=ρ*g*h_2*S−ρ*g*h_1*S=$
$ρ*g*S*((h_2− h_1))=ρ*g*S*h$ (5)

където: $S*h=V$ е обемът, а $ρ*V=m$ е масата на течността, изместена от тялото. Тогава, тъй като м* же теглото на изместения флуид, тогава получаваме крайната формула за архимедовата сила Ф А:

$F_A =m*g=ρ*V*g$ (6)

Получената формула ни позволява да формулираме закона на Архимед:

Силата, която избутва тяло, потопено в течност (или газ), е равна на теглото на течността (или газа), изместена от тялото.

Потапяне, баланс, изкачване

Сега става ясно защо лесно вдигаме тежки камъни във вода: Архимедовата сила ни „помага“, защото. тя е насочена противоположно на гравитацията. По същата причина теглото на тялото, когато се претегля в течност, винаги ще бъде по-малко от теглото, измерено във въздуха.

От формула (6) следва, че големината на архимедовата сила зависи пряко пропорционално на плътността на течността ρ и върху обема на потопеното тяло V. Плътността на веществото, от което е направено тялото, може да бъде всяка - това не влияе на големината на плаващата сила. В зависимост от отношението на архимедовата сила Ф Аи гравитацията FgИма три възможни позиции на тялото в течността:

• Ако FA > Fg, тогава тялото ще бъде избутано нагоре - „плаване”;
• Ако FA
• Ако FA = Fg, тогава тялото може да бъде в течността на всяка дълбочина в състояние на равновесие.

Законът на Архимед е в основата на хидрометъра, устройство за измерване на плътността на течност. Ареометърът е стъклена, запечатана колба, утежнена от долния край с тежест. Горната част е направена под формата на дълъг процес, върху който е нанесена измервателна скала. Когато се постави в течност, хидрометърът потъва на по-голяма или по-малка дълбочина, в зависимост от плътността на течността. Колкото по-голяма е плътността на течността, толкова по-малко потъва хидрометърът. Отчитането на скалата показва плътността на дадена течност, когато хидрометърът е в равновесие.

Ориз. 3. Хидрометър

Какво научихме?

И така, научихме защо Архимедовата сила възниква в газове и течности и от какви количества зависи нейната стойност. Тяло, потопено в течност (или газ), е подложено на подемна сила. Силата, която избутва тяло, потопено в течност (или газ), е равна на теглото на течността (или газа), изместена от тялото. За по-подробен доклад за Архимедовата сила могат да се приготвят интересни примери с различни течности, различни от вода, като керосин или живак. Темата на тази статия е тясно свързана с особеностите на плуването и аеронавтиката на телата, които ще разгледаме в следващите глави от курса по физика за 7 клас.

Тематическа викторина

Доклад за оценка

Среден рейтинг: 4.4. Общо получени оценки: 72.

Линия UMK A. V. Peryshkin. Физика (7-9)

Законът на Архимед или как да разпознаем лъжата?

Имаме нов формат! Вече можете да чуете статията.

История на откритията

В древна Сиракуза живял инженер, математик и физик на име Архимед. Получава отлично образование, изобретенията му са ценени и не се нуждае от средства. И от време на време властта, която се обръща към него, за да разреши всякакви сложни проблеми. И една от тези задачи беше да се определи автентичността на короната на цар Хиерон.

Изглежда, че това е трудно?

Използвайте формулата

ρ t = м T / V t (1).

Разделете m t масата на слитъка, даден на бижутера, на обема на короната V t, ще получите плътността на короната ρ t. Сравнете резултата с известната плътност на златото и трикът е в торбата. И бижутерът ще получи или заплащане за работата, или близко запознанство със съдебния палач.

Тази формула обаче работи добре с обекти с проста форма: сфера, куб, кутия. И си спомняме, че разглеждаме короната, която има много зъбци, издутини и ажурни тъкани.

Как можете да определите обема на обект с такава сложна форма? Не знам? Архимед също не знаеше.

Учебникът отговаря на Федералния държавен образователен стандарт за основно общо образование. Голям брой цветни илюстрации, разнообразие от въпроси и задачи, както и допълнителна информация и интересни факти допринасят за ефективното усвояване на учебния материал.

Дълго време ученият обмислял проблема и един ден, замислен, потъвайки във вана, пълна с вода, той забелязал, че част от водата се плиска през ръба. Съвременници разказват, че точно в този момент Архимед извикал: „Еврика!”, което на гръцки означава „Намерен!” и, без дори да се облече, изтича до царския дворец.

На изследователя бяха необходими още няколко дни, за да изобрети устройство, с което можеше да измери обема на водата, която се изля, когато короната потъна. Това устройство, по-късно наречено кофата на Архимед, може да се види на

След това, използвайки експерименти със златни и сребърни блокове, докажете, че обемът на течността е равен на обема на блока и следователно ще бъде равен на обема на короната. И последната стъпка е да се определи плътността на короната.

Казват, че кралят бил прав в подозренията си, а бижутерът бил нечестен. И Архимед получи цялото плащане, което се дължи за короната на господаря.

Действието на течност и газ върху потопено в тях тяло

Какво е открил Архимед чрез своите експерименти?

Ученият е идентифицирал определена сила, която действа в посока, обратна на силата на гравитацията и позволява на предметите да се носят във вода и въздух. Тази сила с право се нарича силата на Архимед или плаващата сила.

Определение Закон на Архимед: потопено тялов течност, губи от теглото си толкова, колкото тежи изместената от него течност.

Формули

На планетата Земя всички обекти са засегнати от силата на гравитацията. За обекти на земната повърхност силата на привличане може да се изчисли по формулата:

Е t = м T ж, (2)

Където м m - телесно тегло, и ж- ускорение на свободно падане равно на 9,8 m/s 2 .

Когато обект се потопи в течност или газ, върху него започва да действа плаваща сила или Архимедова сила, която се изчислява по формулата:

ЕА = ми ж, (3)

Където м W е масата на течността, изместена от целия обект или част от него, която е в течността.

Масата на изместената течност от своя страна може да се определи по формулата:

м f = ρ f Vе, (4)

и съответно конвертирайте формула на закона на Архимед:

Е A = ρ w Vи ж. (5)

Каква е връзката между гравитацията и плаваемостта. Просто е:

• ако силата на привличане е по-голяма от силата на изтласкване, обектът ще потъне;
• ако силите са приблизително равни, обектът ще плава в дебелината на течността или газа;
• и ако силата на изтласкване е по-голяма от силата на привличане, обектът ще плава.

Въпреки факта, че Архимед пръв открива силата на плаваемост във водата, силата на Архимед е характерна и за газовете и именно благодарение на нея първият балон успя да се издигне във въздуха, а писателят Жул Верн, вдъхновен и възхитен от това събитие, пише своя роман.

А сега нека помогнем на краля да реши проблема си с короната.

Да предположим, че короната на крал Йеро тежи 22 N във въздух и 19,75 N във вода, изчислете плътността на короната.

Както научихме в началото на статията, плътността на веществото се намира по формулата:

ρ t = м T / Vт. (1)

Разглеждайки формулата, разбираме, че за да решим проблема, не знаем нито масата на короната, нито нейния обем.

От предишния курс по физика (§ 27 от учебника) помним, че за неподвижно тяло теглото Правно на гравитацията Е t и се изчислява по формулата:

П = Е t = м T ж, (2)

Където ж- ускорение на свободно падане и неговата стойност е равна на ж= 9,8 N/kg. Въпреки това, ако не се изисква по-голяма точност на изчисленията, стойността може да се закръгли до 10 N/kg

• силата, с която Архимед движи ваната;
• сила, която повдига тяло в течност или газ; (+)
• мускулна сила на Архимед;
• сила, с която твърдото тяло действа върху повърхността.

2. Силата на Архимед действа:

• върху тела, потопени само в газ;
• върху тела, потопени само в течност;
• върху тела, потопени в газ или течност; (+)
• върху тела в безтегловност.

3. Какво е ускорението на свободното падане g?

• 9,8 m/s 3;
• 9,8 N/kg; +
• 9,8 км/ч;
• 8,9 m/s 2.

4. Тяло е окачено на пружина. Ако едно тяло се потопи в съд с течност, какво ще се случи с пружината?

• разтегнете повече;
• ще се свие; (+)
• Няма да се промени;
• зависи от телесното тегло.

5. Двама приятели отидоха да плуват в реката. Единият от тях, когато е потопен, измества обем от 60 dm 3, вторият 40 dm 3. Кой от момчетата ще бъде засегнат от голямата сила на Архимед?

• на този, който знае да плува по-добре;
• на този, който е изместил повече вода; (+)
• на този, който не знае да плува;
• върху този, който е изместил по-малко вода.

6. Формулата за изтласкваща сила е:

• Е A = ρ w Vи ж; (+)
• Е A \u003d ρ t Vи ж;
• Е A = ρ w V T ж;
• ЕА = м T ж.

7. Ако гравитацията е по-голяма от силата на Архимед, тялото:

• Махам от себе си, събличам;
• изскачане;
• удавя се; (+)
• ще изплува.

8. 4 еднакви стоманени топки бяха потопени в 4 различни течности: чиста вода, вода от мъртво море, бензин, зехтин. В коя течност силата на плаване ще бъде най-малка?

Плътността на маслото е 915 kg/m 3 , плътността на бензина е 750 kg/m 3 .

• бензин; (+)
• Вода от Мъртво море;
• зехтин;
• чиста вода.

9. Гравитацията зависи:

• върху плътността на течността;
• от изместения обем течност;
• от телесното тегло; +
• от времето, когато тялото е в течността.

10. Две топки с еднакъв обем плуват в два контейнера. Силата на теглене еднаква ли е?

• е същото, защото обемът на топките е еднакъв;
• силата на натискане е по-голяма в контейнер с керосин, тъй като плътността е по-малка от водата;
• силата на изтласкване е по-голяма в контейнер с вода, защото плътността му е по-голяма от тази на керосина. (+)

Течности и газове, според които върху всяко тяло, потопено в течност (или газ), от тази течност (или газ) действа плаваща сила, равна на теглото на течността (газа), изместена от тялото и насочена вертикално нагоре .

Този закон е открит от древногръцкия учен Архимед през III век. пр.н.е д. Архимед описва своите изследвания в трактата За плаващите тела, който се счита за един от последните му научни трудове.

Следват констатациите от Закон на Архимед.

Действието на течност и газ върху потопено в тях тяло.

Ако потопите пълна с въздух топка във вода и я пуснете, тя ще изплува. Същото ще се случи и с дървени стърготини, корк и много други тела. Каква сила ги кара да плават?

Тяло, потопено във вода, е подложено на водно налягане от всички страни (фиг. А). Във всяка точка на тялото тези сили са насочени перпендикулярно на повърхността му. Ако всички тези сили бяха еднакви, тялото щеше да изпитва само цялостно компресиране. Но на различни дълбочини хидростатичното налягане е различно: то се увеличава с увеличаване на дълбочината. Следователно силите на натиск, приложени към долните части на тялото, се оказват по-големи от силите на натиск, действащи върху тялото отгоре.

Ако заменим всички сили на натиск, приложени към тяло, потопено във вода, с една (резултантна или резултатна) сила, която има същия ефект върху тялото като всички тези отделни сили заедно, тогава получената сила ще бъде насочена нагоре. Това е, което кара тялото да плава. Тази сила се нарича плаваща сила или Архимедова сила (по името на Архимед, който пръв посочи съществуването й и установи от какво зависи). На изображението bтой е етикетиран като Ф А.

Архимедовата (плаваща) сила действа върху тялото не само във вода, но и във всяка друга течност, тъй като във всяка течност има хидростатично налягане, което е различно на различни дълбочини. Тази сила действа и в газовете, благодарение на които летят балони и дирижабли.

Поради силата на плаваемостта теглото на всяко тяло във вода (или във всяка друга течност) е по-малко, отколкото във въздуха, и по-малко във въздуха, отколкото в безвъздушно пространство. Лесно е да проверите това, като претеглите теглото с помощта на тренировъчен пружинен динамометър, първо във въздуха и след това го спуснете в съд с вода.

Намаляването на теглото се получава и когато тялото се прехвърли от вакуум във въздух (или някакъв друг газ).

Ако теглото на тяло във вакуум (например в съд, от който се изпомпва въздух) е равно на P0, тогава теглото му във въздуха е:

,

Където F´ Aе Архимедовата сила, действаща върху дадено тяло във въздуха. За повечето тела тази сила е пренебрежимо малка и може да се пренебрегне, т.е P въздух =P 0 =mg.

Теглото на тялото в течност намалява много повече, отколкото във въздуха. Ако тежестта на тялото във въздуха P въздух =P 0, тогава теглото на тялото в течността е P течност \u003d P 0 - F A. Тук Ф Ае Архимедовата сила, действаща във течността. Оттук следва, че

Следователно, за да се намери Архимедовата сила, действаща върху тяло в която и да е течност, това тяло трябва да се претегли във въздуха и в течността. Разликата между получените стойности ще бъде Архимедова (плаваща) сила.

С други думи, като вземем предвид формула (1.32), можем да кажем:

Плаващата сила, действаща върху тяло, потопено в течност, е равна на теглото на течността, изместена от това тяло.

Архимедовата сила може да се определи и теоретично. За да направите това, да предположим, че тяло, потопено във течност, се състои от същата течност, в която е потопено. Имаме право да приемем това, тъй като силите на налягане, действащи върху тялото, потопено в течност, не зависят от веществото, от което е направено. Тогава Архимедовата сила се прилага към такова тяло Ф Аще бъде балансиран от низходящата сила на гравитацията миж(Където m fе масата на течността в обема на дадено тяло):

Но силата на гравитацията е равна на теглото на изместената течност R f. По този начин.

Като се има предвид, че масата на течността е равна на произведението на нейната плътност ρ wна обем, формула (1.33) може да бъде записана като:

Където Vие обемът на изместената течност. Този обем е равен на обема на тази част от тялото, която е потопена в течността. Ако тялото е напълно потопено в течността, тогава то съвпада с обема Vна цялото тяло; ако тялото е частично потопено в течността, тогава обемът Vиобем на изместената течност Vтела (фиг. 1.39).

Формула (1.33) е валидна и за архимедовата сила, действаща в газ. Само в този случай е необходимо да се замени плътността на газа и обемът на изместения газ, а не течността, в него.

С оглед на гореизложеното законът на Архимед може да се формулира по следния начин:

Всяко тяло, потопено в течност (или газ) в покой, се влияе от плаваща сила от тази течност (или газ), равна на произведението от плътността на течността (или газа), ускорението на свободното падане и обема на това част от тялото, която е потопена в течност (или газ).