Физика

Постановка задачи

 

Древнегреческий ученый Архимед (рис. 1) прославился многочисленными открытиями.

 

Рис. 1. Архимед (287–212 гг. до н. э.)

Именно он первым обнаружил, объяснил и сумел рассчитать выталкивающую силу. На прошлом уроке мы выяснили, что эта сила действует на любое тело, погруженное в жидкость или газ (рис. 2).

Рис. 2. Сила Архимеда

В честь Архимеда эта сила называется также архимедовой силой. Расчетным путем мы получили формулу для вычисления этой силы. На данном уроке мы воспользуемся экспериментальным методом, чтобы выяснить, от каких факторов зависит выталкивающая сила, а от каких факторов она не зависит.

 

Эксперимент № 1

 

 

Для проведения эксперимента мы будем использовать тела различного объема, сосуд с жидкостью и динамометр.

 

Прикрепим груз меньшего объема к динамометру и измерим вес этого груза сначала в воздухе: , а затем опустив груз в жидкость: . При этом можно заметить, что величина деформации пружины  после опускания груза в жидкость практически не изменилась. Это говорит о том, что выталкивающая сила, действующая на груз, невелика.

Рис. 3. Эксперимент с грузом малого объема

Теперь прикрепим к пружине динамометра груз большего объема и погрузим его в жидкость. Мы увидим, что деформация пружины уменьшилась значительнее.

Это произошло благодаря тому, что величина выталкивающей силы стала больше.

Рис. 4. Эксперимент с грузом большего объема

По результату данного эксперимента можно сделать промежуточный вывод.

Чем больше объем погруженной в жидкость части тела, тем больше выталкивающая сила, действующая на тело.

 

Эксперимент № 2

 

 

Возьмем два тела одинакового объема, но изготовленные из разных материалов. Это значит, что у них различная плотность. Подвесим к динамометру сначала один груз и опустим его в жидкость. По изменению показаний динамометра найдем выталкивающую силу.

 

Рис. 5. Эксперимент с первым грузиком

Затем такую же операцию проведем со вторым грузом.

Рис. 6. Эксперимент со вторым грузиком

Хотя вес первого и второго груза разные, но при погружении в жидкость показания динамометра уменьшатся на одну и ту же величину.

Это означает, что в обоих случаях значение выталкивающей силы одно и то же, хотя грузы выполнены из разного материала.

Таким образом, можно сделать еще один промежуточный вывод.

Величина выталкивающей силы не зависит от плотности тел, погруженных в жидкость.

 

Эксперимент № 3

 

 

Прикрепим груз к пружине динамометра и опустим его в воду таким образом, чтобы он был полностью погружен в жидкость. Отметим показания динамометра . Теперь будем медленно подливать жидкость в сосуд. Мы заметим, что показания динамометра практически не изменяются . А значит, не меняется и выталкивающая сила.

 

Рис. 7. Эксперимент № 3

Третий промежуточный вывод.

Величина выталкивающей силы не зависит от высоты столба жидкости над погруженным в жидкость телом.

 

Эксперимент № 4

 

 

Прикрепим груз к пружине динамометра. Заметив показания динамометра, когда тело находится в воздухе: , погрузим тело сначала в воду: , а затем в масло: . По изменению показаний динамометра можно судить, что выталкивающая сила, действующая на тело в воде, больше, чем выталкивающая сила, действующая на то же самое тело в масле.

 

Рис. 8. Эксперимент № 4

Отметим, что плотность воды равна , а плотность масла меньше и составляет только . Это приводит к следующему выводу.

Чем больше плотность жидкости, в которую погружено тело, тем больше выталкивающая сила, действующая на тело со стороны данной жидкости.

 

Выводы

 

 

Итак, обобщив результаты проделанных экспериментов, можно заключить, что величина выталкивающей силы

 

зависит:

1. от плотности жидкости ;
2. от объема погруженной части тела ;

не зависит:

1. от плотности тела;
2. от формы тела;
3. от высоты столба жидкости над телом;

Полученные результаты находятся в полном соответствии с формулой для величины выталкивающей силы, полученной на предыдущем уроке:

В эту формулу, кроме ускорения свободного падения, входят только две величины, описывающие условия проведенных экспериментов: плотность жидкости и объем погруженной части тела.

 

Список литературы

1. Перышкин А. В. Физика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.
2. А. В. Перышкин Физика 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2013. – 221 с.
3. Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задач по физике для 7–9 классов общеобразовательных учреждений. – 17-е изд. – М.: Просвещение, 2004.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «eduspb.com» (Источник)
2. Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)
3. Интернет-портал «krugosvet.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

1. Что такое выталкивающая сила? Запишите формулу для нее.
2. Куб определенного объема поместили в воду. Как изменится выталкивающая сила, которая действует на куб, если его объем уменьшить в 2 раза?
3. Одинаковые тела поместили в разные жидкости: одно поместили в масло, а второе – в воду. В каком случае выталкивающая сила, действующая на тела, будет больше?