Возьмите ведёрко Архимеда, сосуд с водой, сосуд с раствором соли, штатив, тело из пластилина (такого же объёма, как ведёрко). Исследуйте, зависит ли архимедова сила от массы тела, глубины погружения, объёма тела, плотности жидкости.
Ход работы.
1. Укрепим динамометр на штативе и подвесим к нему ведерко Архимеда. Запишем в таблице показание динамометра. Это будет вес тела в воздухе ($P_{возд}$).
2. Подставим стакан с водой и опустим муфту с лапкой и динамометром, пока всё тело не окажется под водой, до отметки 150 мл. Запишем в таблицу показание динамометра. Это будет вес тела в воде ($P_{вода1}$).
4. Вычислим выталкивающую силу, действующую на тело:
$F_{A} = P_{возд} - P_{водa1}$.
5. Опустим ведерко Архимеда в сосуд с водой до отметки 90 мл. Запишем показание в таблицу ($P_{вода2}$, Н).
6. Вместо чистой воды возьмём насыщенный раствор соли и снова определим выталкивающую силу, действующую на ведерко. Для этого подставим стакан с раствором соли и опустим муфту с лапкой и динамометром, пока всё ведерко не окажется в растворе соли. Запишем в таблицу показание динамометра. Это будет вес тела в насыщенном растворе соли в воде ($P_{р-р}$).
$F_{A} = P_{возд} - P_{р-р}$.
7. Подвесим к динамометру другое тело − тело из пластилина и определим выталкивающую силу, действующую на него в чистой воде и в растворе соли.
8. Запишем полученные результаты в таблицу.
| $P_{возд}$, Н | $P_{вода1}$, Н | $F_{A}$, Н | $P_{р-р}$, Н | $F_{A_{1}}$, Н | $P_{вода2}$, Н | $F_{A_{2}}$, Н | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ведерко Архимеда | 1,5 | 1 | 0,5 | 0,8 | 0,7 | 1 | 0,5 |
| Тело из пластилина | 1 | 0,5 | 0,5 | 0,3 | 0,7 | − | − |
Вывод.
На все тела, погруженные в жидкость или газ, действует выталкивающая сила (сила Архимеда). Архимедова сила зависит от плотности жидкости, в которую погружено тело, и от объёма погруженной части тела
$F_{а} = gρ_{ж}V_{т}$.
Чем больше плотность жидкости или объём погруженной части тела, тем больше выталкивающая сила.
Выталкивающая сила не зависит от плотности вещества тела, погружаемого в жидкость, от массы тела, глубины погружения.
Для исследования зависимости архимедовой силы от различных факторов, важно сначала понять, что такое архимедова сила и на какие параметры она может зависеть.
Понятие архимедовой силы
Архимедова сила — это выталкивающая сила, которая действует на тело, погруженное в жидкость (или газ). Она направлена вертикально вверх и равна весу жидкости, вытесненной телом. Эта сила обуславливает плавание тел в жидкостях и газах и была впервые описана древнегреческим ученым Архимедом.
Формула для архимедовой силы
Формула для расчета архимедовой силы $ F_A $ выражается следующим образом:
$$ F_A = \rho \cdot V \cdot g $$
где:
− $ \rho $ — плотность жидкости,
− $ V $ — объем вытесненной жидкости,
− $ g $ — ускорение свободного падения (около $ 9.81 \, м/с^2 $ на поверхности Земли).
Теперь, рассмотрим каждый из факторов:
Зависимость от массы тела
Архимедова сила не зависит напрямую от массы тела, погруженного в жидкость. Она зависит от объема тела и плотности жидкости. Масса тела влияет на то, будет ли тело плавать, тонуть или находиться в равновесии. Если масса тела меньше массы вытесненной жидкости, тело будет плавать.
Зависимость от глубины погружения
Архимедова сила не изменяется с глубиной погружения. Это связано с тем, что объем вытесненной жидкости не меняется по мере погружения тела на большую глубину. Давление жидкости увеличивается с глубиной, но это не влияет на величину архимедовой силы, так как эта сила определяется разностью давлений на нижнюю и верхнюю поверхности тела.
Зависимость от объема тела
Архимедова сила прямо пропорциональна объему вытесненной жидкости. Таким образом, чем больше объем тела, тем больше объем жидкости, который оно вытесняет, и тем больше архимедова сила. Данное утверждение следует непосредственно из формулы архимедовой силы.
Зависимость от плотности жидкости
Архимедова сила прямо пропорциональна плотности жидкости, в которую погружено тело. Если плотность жидкости увеличивается, например, за счет растворения соли, архимедова сила также увеличивается, так как масса вытесняемой жидкости становится больше при том же объеме.
Экспериментальный подход
Для исследования можно использовать ведёрко Архимеда, которое позволяет измерять объем вытесняемой жидкости, и различные жидкости (вода и солевой раствор). Погружая пластилиновое тело в различные жидкости и изменяя условия эксперимента (например, глубину погружения), можно наблюдать и измерять величину выталкивающей силы, чтобы подтвердить или опровергнуть зависимости, описанные выше.
Пожауйста, оцените решение
