Цель работы:
Обнаружить на опыте выталкивающее действие жидкости на погружённое в неё тело и определить выталкивающую силу.
Приборы и материалы:
Динамометр, штатив с муфтой и лапкой, два тела разного объёма, стаканы с водой и насыщенным раствором соли в воде.
Указания к работе:
1. Повторите по учебнику § 51 "Архимедова сила".
2. Укрепите динамометр на штативе и подвесьте к нему на нити тело. Отметьте и запишите в таблице показание динамометра. Это будет вес тела в воздухе.
3. Подставьте стакан с водой и опускайте муфту с лапкой и динамометром, пока всё тело не окажется под водой. Отметьте и запишите в таблицу показание динамометра. Это будет вес тела в воде.
4. По полученным данным вычислите выталкивающую силу, действующую на тело.
5. Вместо чистой воды возьмите насыщенный раствор соли и снова определите выталкивающую силу, действующую на то же тело.
6. Подвесьте к динамометру тело другого объёма и определите указанным способом (см. пункты 2 и 3) выталкивающую силу, действующую на него в воде.
7. Результаты запишите в таблицу 12.
На основе выполненных опытов сделайте выводы.
От каких величин зависит значение выталкивающей силы?
Таблица 12.
Ход работы.
1. Укрепим динамометр на штативе и подвесим к нему на нити тело. Запишем в таблице 12 показание динамометра. Это будет вес тела в воздухе.
2. Подставим стакан с водой и опустим муфту с лапкой и динамометром, пока всё тело не окажется под водой. Запишем в таблицу 12 показание динамометра. Это будет вес тела в воде.
3. Вычислим выталкивающую силу, действующую на тело:
$F = P - P_{1}$.
$F_{V1} = 2,7-2,5 = 0,2$ Н.
4. Вместо чистой воды возьмём насыщенный раствор соли и снова определим выталкивающую силу, действующую на то же тело. Для этого подставим стакан с раствором соли и опустим муфту с лапкой и динамометром, пока всё тело не окажется в растворе соли. Запишем в таблицу 12 показание динамометра. Это будет вес тела в насыщенном растворе соли в воде.
$F_{V1} = 2,7-2,3 = 0,4$ Н.
5. Подвесим к динамометру другое тело меньшего объёма и определим выталкивающую силу, действующую на него в чистой воде и в растворе соли.
$F_{V2} = 1,9 -1 ,85 = 0,05$ Н − вода.
$F_{V2} = 1,9 - 1,6 = 0,3$ Н − раствор соли.
6. Запишем полученные результаты в таблицу 12.
Таблица 12.
На все тела, погруженные в жидкость или газ, действует выталкивающая сила (сила Архимеда). Эта сила направлена против силы тяжести и уменьшает вес погруженного в жидкость или газ тела. Разность весов тела в жидкости и вне ее численно равна модулю выталкивающей силы.
Архимедова сила зависит от плотности жидкости, в которую погружено тело, и от объёма погруженной части тела
($F_{а} = gρ_{ж}V_{т}$, где $F_{а}$ − архимедова сила, g − ускорение свободного падения, $ρ_{ж}$ − плотность жидкости, $V_{т}$ − объём погруженного тела.).
Чем больше плотность жидкости или объём погруженной части тела, тем больше выталкивающая сила.
Выталкивающа сила не зависит, например, от плотности вещества тела, погружаемого в жидкость, формы тела.
Вывод. В ходе данной лаборатной работы мы обнаружили на опыте выталкивающее действие жидкости на погружённое в неё тело и определили выталкивающую силу,которая пропорциональна плотности жидкости и объёму тела.
Для решения задачи, связанной с обнаружением выталкивающего действия жидкости на погружённое тело и определением выталкивающей силы, необходимо обратить внимание на теоретические аспекты, связанные с законами гидростатики и принципом Архимеда.
Принцип Архимеда
Принцип Архимеда гласит, что на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (или газа), вытесненной этим телом.
Формула принципа Архимеда:
$$
F_{\text{выт}} = \rho \cdot g \cdot V
$$
где:
− $F_{\text{выт}}$ — выталкивающая сила;
− $\rho$ — плотность жидкости;
− $g$ — ускорение свободного падения ($g \approx 9.8 \, \text{м/с}^2$);
− $V$ — объём части тела, погружённой в жидкость.
Взаимодействие тела с жидкостью
Когда тело погружается в жидкость, его вес, измеряемый с помощью динамометра, уменьшается. Это связано с тем, что часть силы тяжести компенсируется выталкивающей силой, действующей со стороны жидкости.
Вес тела в жидкости ($P_1$) будет меньше, чем вес тела в воздухе ($P$), на величину выталкивающей силы ($F_{\text{выт}}$).
Связь между этими величинами выражается формулой:
$$
F_{\text{выт}} = P - P_1
$$
где:
− $P$ — вес тела в воздухе, измеренный динамометром;
− $P_1$ — вес тела в жидкости, измеренный динамометром.
Факторы, влияющие на выталкивающую силу
Выталкивающая сила зависит от следующих параметров:
1. Плотность жидкости ($\rho$):
Чем выше плотность жидкости, тем больше выталкивающая сила. Например, насыщенный раствор соли имеет большую плотность, чем чистая вода, поэтому выталкивающая сила будет больше в растворе соли.
Объём погружённого тела ($V$):
Если объём погружённого тела увеличивается, то увеличивается и объём вытесненной жидкости, а значит, выталкивающая сила возрастает.
Ускорение свободного падения ($g$):
На Земле $g$ принимает значение примерно $9.8 \, \text{м/с}^2$. В условиях гравитации другой планеты выталкивающая сила будет изменяться пропорционально $g$.
Плотность жидкости и насыщенный раствор соли
Чистая вода имеет плотность примерно $1000 \, \text{кг/м}^3$. Насыщенный раствор соли имеет плотность больше, так как соль увеличивает массу раствора, а его объём практически не изменяется. В результате выталкивающая сила в насыщенном растворе соли будет больше, чем в чистой воде при одинаковом объёме погружённого тела.
Измерение веса тела и выталкивающей силы
Вес тела в воздухе ($P$):
Тело подвешивается на динамометре, и его вес фиксируется. Этот вес соответствует силе тяжести, действующей на тело.
Вес тела в жидкости ($P_1$):
Когда тело полностью погружается в жидкость, его вес, измеряемый динамометром, уменьшается.
Выталкивающая сила ($F_{\text{выт}}$):
Вычисляется как разница между весом тела в воздухе и весом тела в жидкости:
$$
F_{\text{выт}} = P - P_1
$$
Экспериментальные аспекты
В ходе эксперимента необходимо выполнить два измерения для каждого тела:
1. Определить вес тела в воздухе.
2. Определить вес тела, когда оно погружено в жидкость.
Для насыщенного раствора соли эксперимент повторяется, чтобы сравнить выталкивающие силы для двух жидкостей.
Выводы
На основе эксперимента можно сделать выводы о зависимости выталкивающей силы от:
1. Плотности жидкости ($\rho$): насыщенный раствор соли создаёт большую выталкивающую силу, чем вода.
2. Объёма тела ($V$): тело большего объёма испытывает большую выталкивающую силу.
Эти зависимости согласуются с формулой Архимеда:
$$
F_{\text{выт}} = \rho \cdot g \cdot V
$$
На основании принципа Архимеда и полученных экспериментальных данных учащиеся смогут подтвердить теоретические зависимости и сформулировать выводы о выталкивающей силе.
Пожауйста, оцените решение
