Архимедова сила: что это такое и как действует
Гениальный учёный Архимед, живший в древнегреческих Сиракузах в III веке до нашей эры, прославился среди современников как создатель оборонительных машин, способных перевернуть боевой корабль. Другое его изобретение, «Архимедов винт», по сей день остаётся важнейшей деталью гигантских буровых установок и кухонных мясорубок. Мир обязан Архимеду революционными открытиями в области оптики, математики и механики.
Его личность окутана легендами, порой весьма забавными. С одной из них мы и начнём нашу статью.
«Эврика!» Открытие закона Архимеда
Однажды царь Сиракуз Гиерон II обратился к Архимеду с просьбой установить, действительно ли его корона выполнена из чистого золота, как утверждал ювелир. Правитель подозревал, что мастер прикарманил часть драгоценного металла и частично заменил его серебром.
В те времена не существовало способов определить химический состав металлического сплава. Задача поставила учёного в тупик. Размышляя над ней, он отправился в баню и лёг в ванну, до краёв наполненную водой. Когда часть воды вылилась наружу, на Архимеда снизошло озарение. Такое, что учёный голышом выскочил на улицу и закричал «Эврика!», что по-древнегречески означает «Нашёл!».
Он предположил, что вес вытесненной воды был равен весу его тела, и оказался прав. Явившись к царю, он попросил принести золотой слиток, равный по весу короне, и опустить оба предмета в наполненные до краёв резервуары с водой. Корона вытеснила больше воды, чем слиток. При одной и той же массе объём короны оказался больше, чем объём слитка, а значит, она обладала меньшей плотностью, чем золото. Выходит, царь правильно подозревал своего ювелира.
Так был открыт принцип, который теперь мы называем законом Архимеда:
На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела.
Эта выталкивающая сила и называется силой Архимеда.
Формула силы Архимеда
На любой объект, погружённый в воду, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Таким образом, вес объекта, погружённого в воду, будет отличаться от его веса в воздухе в меньшую сторону. Разница будет равна весу вытесненной воды.
Чем больше плотность среды — тем меньше вес. Именно поэтому погрузившись в воду, мы можем легко поднять другого человека.
Выталкивающая сила зависит от трёх факторов:
- плотности жидкости или газа (p);
- ускорения свободного падения (g);
- объёма погружённой части тела (V).
Сопоставив эти данные, получаем формулу:
.png)
Как действует сила Архимеда
Поскольку сила Архимеда, действующая на тело, зависит от объёма его погружённой части и плотности среды, в которой оно находится, можно рассчитать, как поведёт себя то или иное тело в определённой жидкости или газе.
Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.
Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.
Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдёт на дно.
Сила Архимеда в жидкости: почему корабли не тонут
Корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Но если корабль получит пробоину и пространство внутри заполнится водой, то общая плотность судна увеличится, и оно утонет.
В подводных лодках существуют специальные резервуары, заполняемые водой или сжатым воздухом в зависимости от того, нужно ли уйти на глубину или подняться ближе к поверхности. Тот же самый принцип используют рыбы, наполняя воздухом специальный орган — плавательный пузырь.
На тело, плотно прилегающее ко дну, выталкивающая сила не действует. Это учитывают при подъёме затонувших кораблей. Сначала судно слегка приподнимают, позволяя воде проникнуть под него. Тогда давление воды начинает действовать на корабль снизу.
Но чтобы поднять корабль на поверхность, необходимо уменьшить его плотность. Разумеется, воздух в получившем пробоину корпусе не удержится. Поэтому его заполняют каким-нибудь лёгким веществом, например, шариками пенополистирола.
Примечательно, что эта идея впервые пришла в голову не учёным, а авторам диснеевского комикса, в котором Дональд Дак таким образом поднимает со дна яхту Скруджа Макдака. Датский инженер Карл Кройер (Karl Krøyer), впервые применивший метод на практике, по собственному признанию вдохновлялся «Утиными историями».
Сила Архимеда в газах: почему летают дирижабли
В воздухе архимедова сила действует так же, как в жидкости. Но поскольку плотность воздуха обычно намного меньше, чем плотность окружённых им предметов, выталкивающая сила оказывается ничтожно мала.
Впрочем, есть исключения. Воздушный шарик, наполненный гелием, стремится вверх именно потому, что плотность гелия ниже, чем плотность воздуха. А если наполнить шар обычным воздухом — он упадёт на землю. Плотность воздуха в нём будет такая же, как у воздуха снаружи, но более высокая плотность резины обеспечит падение шарика.
Этот принцип используется в аэростатах — воздушные шары и дирижабли наполняют гелием или горячим воздухом (чем горячее воздух, тем ниже его плотность), чтобы подняться, и снижают концентрацию гелия (или температуру воздуха), чтобы спуститься. На них действует та же выталкивающая сила, что и на подводные лодки. Именно поэтому перемещения на аэростатах называют воздухоплаванием.
Источник
Методическая разработка урока : Лабораторная работа "Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело."
методическая разработка по физике (7 класс) на тему
Урок фронтальной лабораторной работы позволяет формировать у учащихся самостоятельную исследовательскую деятельность, умение безопасно использовать лабораторное оборудование, проводить измерения физических величин, закреплять изученный теоретический материал на практике. возможность экспериментально выявлять причинно-следственные связи, интерпретировать полученные результаты и делать выводы.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
| lab._rab._sila_arhimeda.doc | 67.5 КБ |
Предварительный просмотр:
План-конспект урока по физике
«Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в нее тело»
Автор урока (ФИО, должность)
Кочеткова Ирина Анатольевна, учитель физики высшей квалификационной категории
Закрепление изученного теоретического материала.
Фронтальная лабораторная работа.
Исследовательские , работа в парах .
Закрепить знания учащихся о причине возникновения силы Архимеда, практически исследовать зависимость архимедовой силы от объема погруженного тела и плотности жидкости.
1. Способствовать усвоению знаний по теме урока, отработка навыков работы с динамометром;
2. Формирование умения объяснять причинно-следственные связи, умений самостоятельно применять полученные знания, наблюдать и объяснять физические явления, понимать и интерпретировать эксперименты, проводить самостоятельные исследования;
1 Развивать познавательный интерес к изучению предмета через творческую активность, исследовательскую деятельность на основе умения делать обобщения по данным, полученным в результате исследования.
2 Развивать речь учащихся и навыки самостоятельной работы.
3. Развивать умение выделять главное, существенное, обогащать имеющиеся факты, логически излагать свои мысли.
1. Воспитывать культуру труда, культуру речи, культуру общения, умение слушать.
2.Формировать навыки аккуратности, дисциплинированности и усидчивости.
1. Демонстрационный набор «ведерко Архимеда»
2. Лабораторные динамометры с набором тел разного объема, стаканы с водой и насыщенным раствором соли в воде.
3. Целеполагание (планирование работы и прогнозирование результатов)
4. Самостоятельная работа учащихся (практическая часть)
5. Анализ результатов, подведение итогов.
8. Домашнее задание, пояснения.
Знание о природе выталкивающей силы и понимания смысла закона Архимеда.
Умения пользоваться методами научного исследования явлений природы.
Проводить наблюдения, обрабатывать результаты измерения.
Кратко и точно отвечать на вопросы.
Личностные (Л) : убежденность в возможности познания природы, развивают мотивы учебной деятельности.
Регулятивные (Р) : целеполагание (Р цп ) , планирование (Р п ) , прогнозирование (Рпр), контроль, (Р кн ) , коррекция (Р кр ) , оценка (Р оц )
Познавательные (П) : работа с разными типами информации (П инф общ ) , установление причинно-следственных связей (П лг ) , строить логические рассуждения.
Коммуникативные (К) : речевая деятельность, навыки сотрудничества и ведения диалога.
1. Организационный момент. (2 мин)
Приветствие. Проверка готовности учащихся к уроку. Фиксация отсутствующих.
Эмоционально настраиваются на работу, включаются в деловой ритм урока
Личностные : психологическая готовность учащихся к уроку, создание благоприятного микроклимата
2Актуализация знаний . (5мин)
Прежде чем мы озвучим цель и тему урока, давайте вспомним (вопросы):
— С какой физической величиной мы познакомились на предыдущем уроке?
— Какие примеры из вашей жизни доказывают существование выталкивающей силы?
— Почему на суше ходить по мелким камушкам босиком больно, а в воде – нет?
— В чем основное отличие наземных животных и растений от водных?
Ответы на вопросы.
Привлечение учеников к обсуждению ответов.
Л :Принимают социальную роль обучающегося.
3. . Целеполагание (планирование работы и прогнозирование результатов) . (6 мин)
-Какова цель нашего урока сегодня?
-Как вы будете измерять силу Архимеда?
-Каким измерительным прибором вы будете пользоваться (определение Ц.Д.)?
-От чего зависит сила Архимеда?
-От чего не зависит сила Архимеда?
-Как вы проверите эти положения?
Учащиеся сами формулируют цель урока, способы выполнения работы, планируют свои действия.
(Л),(П), (Р цп ),(Р цп ), (Рпр), (К)
4. Самостоятельная работа учащихся (практическая часть). (20 мин)
Рекомендует приступить к работе. Консультирует пары, советует, помогает.
Самостоятельно в парах выполняют работу по намеченному плану, осуществляют самопроверку и взаимоконтроль.
Работа с учебником (стр. 210) и оборудованием.
(Л), (П инф общ ) , (П лг ) , (Р кн ),(Р кр ) , (К)
5 . Анализ результатов, подведение итогов. (4 мин)
Вопрос: Какие результаты получены и к каким выводам приводят?
Учащиеся самостоятельно и адекватно оценивают результаты работы. Делают выводы (сила Архимеда зависит от объема тела и плотности жидкости, не зависит от веса тела.)
(Л),(Р кр ), (Р оц ), (П лг ) , (К)
Вносят коррективы в собственные результаты .
6. Домашнее задание, пояснения. (2 мин)
Повторить § 50, 51.
Письменно рассчитать силу Архимеда для тел, использованных на уроке ( объемом 20 и 40 см кубических), сравнить с результатом практической работы.
Записывают задание в дневники.
Оценка и осознание уровня и качества усвоения; контроль
7. Рефлексия. (1 мин)
Мы провели лабораторную работу. У вас были затруднения? Что понравилось?
Анализируют успехи и неудачи, предлагают способы их устранения.
1. А. В. Перышкин. Учебник Физика 7 класс. М.,Дрофа,2013 г.
Лабораторная работа № 8 «Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело»
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Методическая разработка урока физики в 7 классе: «Действие жидкости и газа на погруженное в них тело».
Основная дидактическая цель урока- сформировать новые знания и опыт самостоятельной деятельности.По способу проведения — сочетание различных активных форм учебной деятельности. По форме проведения — у.
Цель работы: на опыте обнаружить выталкивающее действие жидкости на погруженное в неё тело и определить величину выталкивающей силы.
Разноуровневая лабораторная работа в 7 классе.
Методическая разработка урока-лабораторной работы по физике «Зависимость давления газа от объема при постоянной температуре» (с использованием цифровой лаборатории) — 10 класс.
Методическая разработка лабораторной работы с применением цифровой лаборатории по физике содержит план-конспект урока и презентацию.
Разработка урока с элементами исследования.7 класс . Тема урока «Выталкивающая сила. Закон Архимеда».
Урок изучения нового материала с элементами исследования.7 класс.
На уроке в форме деловой игры закрепляются знания, полученные по теме «Давления». Продолжаем совершенствовать навыки решения задач, применять знания на практике.
Источник
Урок Лабораторная работа №8 «Определение величины выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело»
Цель урока: опытным путем обнаружить выталкивающее действие жидкости на погруженное в неё тело; научить определять выталкивающую силу; выяснить, от каких физических величин зависит выталкивающая сила; установить характер зависимости выталкивающей силы от плотности жидкости и объёма тела.
Методические цели урока:
Образовательные: закрепить полученные знания закона Архимеда практически при выполнении лабораторной работы, научить рассчитывать F А ; в ходе выполнения лабораторного эксперимента формировать у учащихся знание о зависимости выталкивающей силы от объема тела и плотности жидкости.
Развивающие : развитие речи, мышления; способность наблюдать, выделять существенные признаки объектов, выдвигать гипотезы, строить план эксперимента.
Воспитательные: формировать познавательный интерес, логическое мышление, формировать познавательную мотивацию осознанием ученика своей значимости в образовательном процессе.
Тип урока: урок совершенствования, закрепления знаний и умений.
1.Организационный этап
Приветствие учителя. Подготовка учащихся к работе на уроке: готовность класса и оборудования. Проверка наличия учебных принадлежностей. Проверка присутствующих. Запись домашнего задания.
2. Повторение изученного материала
Проверка письменного домашнего задания
3.Этап актуализации знаний
Фронтальный опрос
Какие силы на погруженное в жидкость тело.
Какая сила называется выталкивающей силой?
Куда направлена F Т ?
Куда направлена F А ?
Назвать формулу F А , охарактеризовать входящие в неё величины.
Как определить вес тела, погруженного в жидкость?
4. Этап постановки целей и задач урока
Проблемная ситуация.
Тема сегодняшнего урока важна и интересна. С выталкивающей силой, действующей на погруженное в жидкость или газ тело, мы встречаемся очень часто – поэтому мы должны учитывать этот фактор при выполнении различных работ, определять величину выталкивающей силы и определять условия, влияющие на величину этой силы. Этому и посвящено сегодняшнее исследование.
Как вы думаете, какая цель будет стоять перед нами на этом уроке?
Цель, которую мы ставим сегодня перед собой: экспериментально определить выталкивающую силу, которая действует на тело, погруженное в жидкость; выяснить, от каких физических величин она зависит, и установить характер зависимости выталкивающей силы от этих величин .
Откройте свои тетради для лабораторных работ и запишите тему сегодняшнего урока « Лабораторная работа №8 «Определение величины выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело» .
5. Этап усвоение новых знаний и способов действий
Лабораторная работа №8 «Определение величины выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело»
Тема: Определение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело
Цель работы : обнаружить на опыте выталкивающее действие жидкости на погруженное в неё тело и определить выталкивающую силу.
Оборудование : динамометр, штатив с муфтой и лапкой, два тела разного объема, стаканы с водой и насыщенным раствором соли в воде.
1.Подвести к динамометру на нити тело. Отметьте и запишите в таблице показание динамометра. Это будет вес тела в воздухе.
2.Опускайте тело в стакан с водой, пока всё тело не окажется под водой. Отметьте и запишите в таблицу показание динамометра. Это будет вес тела в воде.
3.По полученным данным вычислите выталкивающую силу, действующую на тело.
4.Вместо чистой воды возьмите масло и снова определите выталкивающую силу, действующую на тоже тело.
5.Подвесте к динамометру тело другого объема и определите указанным способом (см. пункты 2 и 3) выталкивающую силу, действующую на него в воде.
Источник
Лабораторная работа "Определение величины выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело"
Оборудование: компьютер, установочный диск «Лабораторные работы по физике»; мензурка, весы, разновески, тела – алюминиевый и латунный одинакового объема, динамометр.
План урока:
1. Организационный момент.
Мотивация. (Приветствие, отметка отсутствующих, сообщение темы, целей урока, прочтение эпиграфа)
– Тема сегодняшнего урока чрезвычайна важна и интересна. С выталкивающей силой , действующей на погруженное в жидкость или газ тело мы встречаемся очень часто – поэтому мы должны учитывать этот фактор при выполнении различных работ, определять величину выталкивающей силы и определять условия , влияющие на величину этой силы. Этому и посвящено сегодняшнее исследование.
Схема исследования: исходные факты – гипотеза – исследование научной литературы – проведение эксперимента – анализ результатов – выводы.
2. Актуализация знаний
3. Исходные факты: итак тело помещенное в жидкость становится «легче»
4. Выдвижение гипотезы: поскольку изменение действия силы на тело можно осуществить только действием другой силы, следовательно против силы тяжести действует противоположно направленная выталкивающая сила – наша цель определить величину этой силы и проверить формулу: FА.= жVТ g
Из-за разности давлений в жидкости на разных уровнях возникает выталкивающая или архимедова сила
Рис. 1.15.3 поясняет появление архимедовой силы. В жидкость погружено тело в виде прямоугольного параллелепипеда высотой h и площадью основания S. Разность давлений на нижнюю и верхнюю грани есть:
Поэтому выталкивающая сила будет направлена вверх, и ее модуль равен
где V – объем вытесненной телом жидкости, а V – ее масса.
Архимедова сила, действующая на погруженное в жидкость (или газ) тело, равна весу жидкости (или газа), вытесненной телом.
Это утверждение, называемое законом Архимеда, справедливо для тел любой формы.
Из закона Архимеда вытекает, что если средняя плотность тела т больше плотности жидкости (или газа) , тело будет опускаться на дно. Если же т < , тело будет плавать на поверхности жидкости. Объем погруженной части тела будет таков, что вес вытесненной жидкости равен весу тела. Для подъема воздушного шара в воздухе его вес должен быть меньше веса вытесненного воздуха. Поэтому воздушные шары заполняют легкими газами (водородом, гелием) или нагретым воздухом.
5. Выдвижение гипотез и следствия
На доске записано:
6. Эксперимент (лабораторная работа)
Наш великий соотечественник М.В. Ломоносов говорил: "Один опыт я ставлю выше, чем тысяча мнений, рожденных только воображением". Поэтому подвергнем экспериментальной проверке все наши гипотезы.
(На столах лежат приборы и все необходимое для проверки и проведения лабораторной работы).
Образцы карточек – памяток № 1-4, в которых дети будут записывать результаты, прилагается. По ходу работы по карточкам учитель записывает результаты на доске с комментариями (Приложение 1).
Таким образом, мы подтверждаем наши гипотезы и опыты ученых.
Проверим закон Архимеда, выполнив виртуальную лабораторную работу (Приложение 2)
6. Итоги: проведенные работы подтвердили справедливость закона Архимеда.
Рефлексия:
1. Как можно на опыте определить, с какой силой тело, погруженное целиком в жидкость, выталкивается из жидкости?
2. Чему равна эта сила?
3. Как называют силу, которая выталкивает тела, погруженные в жидкости и газы?
4. Как подсчитать архимедову силу?
5. От каких величин зависит архимедова сила? От каких величин она не зависит?
7. Домашнее задание: §48, 49, упр. 24, стр. 119.
Литература: учебник «Физика 7» А.В. Перышкин, «Поурочные разработки по физике» В.А. Волков, С.Е. Полянский.
Источник