Лабораторная работа: Изучение выталкивающей силы (силы Архимеда)
1. Установление соотношения между силой Архимеда и весом вытесненной телом жидкости.
• Измерили объём цилиндра по формуле:
V = π$R^{2}$h = 3,14 * 1 $см^{2}$ * 3,5 см = 11 $см^{3}$ = 0,000011 $м^{3}$
Измерили силу Архимеда, действующую на металлический цилиндр, полностью погружённый в воду:
$F_{А}$ = ρgV = 1 000 кг/$м^{3}$ * 10 Н/кг * 0,000011 $м^{3}$ = (0,11 ± 0,01) Н
• Уровень воды в измерительном цилиндре повысился на тот же объём, какой у цилиндра.
• Используя результаты измерений, нашли вес вытесненной цилиндром воды и сравнили его с силой Архимеда:
P = mg = ρVg = 1 000 кг/$м^{3}$ * 0,000011 $м^{3}$ * 10 Н/кг = (0,11 ± 0,01) Н
$F_{А}$ = P
Вывод: Модуль значения силы Архимеда равен модулю веса вытесненной воды.
2. Исследование зависимости силы Архимеда от объёма погружённой части тела.
• Подвесили любой из цилиндров на нити к динамометру и постепенно погружали его в воду до полного погружения, следя при этом за показанием динамометра. Значение динамометра уменьшилось.
Вывод: На цилиндр действует сила Архимеда, направление которой противоположна силе тяжести, из−за чего показания динамометра уменьшились.
3. Исследование зависимости силы Архимеда от глубины погружения тела в жидкость (для полностью погружённого тела).
• Погрузили цилиндр на нити полностью в воду. Увеличивая глубину погружения, следили за показаниями динамометра. При полном погружении в воду на цилиндр действует максимальная возможная для него сила Архимеда. Показания динамометра уменьшились. При увеличении глубины показания динамометра не изменяются.
Вывод: сила Архимеда не увеличивается с глубиной погружения тела.
4. Исследование зависимости силы Архимеда от массы тела и плотности вещества, из которого оно изготовлено.
• Измерили объёмы и массы двух металлических цилиндров:
$V_{1}$ = $V_{2}$ = π$R^{2}$h = 3,14 * 1 $см^{2}$ * 3,5 см = 11 $см^{3}$ = 0,000011 $м^{3}$
$m_{1}$ = (300 ± 10) г
$m_{1}$ = (175 ± 10) г
• Сравнили значения выталкивающей силы, действующей на каждый из цилиндров при их полном погружении в воду:
$F_{А\;1}$ = ρgV = 1 000 кг/$м^{3}$ * 10 Н/кг * 0,000011 $м^{3}$ = (0,11 ± 0,01) Н
$F_{А\;2}$ = ρgV = 1 000 кг/$м^{3}$ * 10 Н/кг * 0,000011 $м^{3}$ = (0,11 ± 0,01) Н
$F_{А\;1}$ = $F_{А\;2}$
Вывод: значение модуля силы Архимеда зависит от объёма тела и не зависит от массы тела.
5. Исследование зависимости силы Архимеда от формы тела при неизменном его объёме.
• Измерили объём куска пластилина:
V = abc = 5 см * 1,5 см * 0,5 см = 3,75 $см^{3}$ = 0,00000375 $м^{3}$
Измерили силу Архимеда, действующую на полностью погружённый в воду кусок пластилина с помощью формулы:
$F_{А\;1}$ = ρgV = 1 000 кг/$м^{3}$ * 10 Н/кг * 0,00000375 $м^{3}$ = (0,04 ± 0,01) Н
• Повторили измерение, изменив форму того же куска пластилина:
$F_{А\;2}$ = ρgV = 1 000 кг/$м^{3}$ * 10 Н/кг * 0,00000375 $м^{3}$ = (0,04 ± 0,01) Н
• Сравнили значения силы Архимеда в предыдущих двух опытах:
$F_{А\;1}$ = $F_{А\;2}$
Вывод: изменение формы тела не влияет на силу Архимеда.
6. Исследование зависимости силы Архимеда от плотности жидкости.
• Насыпали в измерительный цилиндр с водой соль. Получился насыщенный раствор. Погрузили в него цилиндр. Сравнили значения силы Архимеда, действующей на металлический цилиндр при его полном погружении в воду и в насыщенный раствор соли:
$F_{А\;1}$ = ρgV = 1 000 кг/$м^{3}$ * 10 Н/кг * 0,000011 $м^{3}$ = (0,11 ± 0,01) Н
$F_{А\;2}$ = ρgV = 1 030 кг/$м^{3}$ * 10 Н/кг * 0,000011 $м^{3}$ = (0,1133 ± 0,01) Н
$F_{А\;1}$ < $F_{А\;2}$
Вывод: сила Архимеда меняется в зависимости от плотности жидкости: чем больше плотность, тем больше модуль значения силы.