Головна ⇒ 📌Плани-конспекти уроків по фізиці ⇒ Виштовхувальна сила в рідинах і газах. Закон Архімеда

Виштовхувальна сила в рідинах і газах. Закон Архімеда

Мета : з’ясувати причини виникнення виштовхувальної сили у рідинах і газах і пояснити природу її походження.

Тип уроку : комбінований.

Унаочнення : демонстрування дії закону Архімеда.

Обладнання : динамометр, вантаж, дерев’яний та металевий бруски, посудина з водою, цебро Архімеда.

Очікувані результати

Після уроку учні:

– будуть знати причини виникнення виштовхувальної сили у рідинах і газах, закон Архімеда;

– навчаться пояснювати природу походження виштовхувальної сили у рідинах і газах, розраховувати

числове значення виштовхувальної сили.

ХІД УРОКУ

I. ОРГАНІЗАЦІЙНЕ ПИТАННЯ

II. ВИВЧЕННЯ НОВОЇ ТЕМИ

1. Дія виштовхувальної сили на тіло, занурене в рідину

Підвісимо до динамометра вантаж і відзначимо показання динамометра. Сила, з якою вантаж розтягує пружину динамометра, виявилася рівною Р1 = 10 H. Опустимо цей самий вантаж у воду. Динамометр показує силу, з якою вантаж у воді розтягує пружину динамометра: Р2 = 8 H. Отже, сила, з якою вантаж розтягує пружину динамометра, у рідині менша, ніж у повітрі. Таким чином, на тіло, занурене в рідину, діє виштовхувальна сила.

Розгляньмо

плаваючий на поверхні води дерев’яний брусок.

Якщо брусок перебуває в стані спокою на поверхні води, виходить, що сили, які діють на нього, врівноважують одна одну. Одна із сил – це спрямована вниз сила ваги, що діє на брусок з боку Землі. Інша сила спрямована, мабуть, догори і діє на брусок з боку води, виштовхуючи брусок. Тому назвімо цю силу виштовхувальною, позначивши цю силу FA.

2. Закон Архімеда

Якщо підставити під циліндр посудину, у яку налита вода до рівня відливної трубки, то в разі повного занурення циліндра об’єм витиснутої ним води дорівнює об’єму циліндра.

Якщо вилити тепер витиснуту циліндром воду зі склянки в “цебро Архімеда”, то показання ваг стануть такими самими, як і до опускання циліндра у воду.

Це означає, що виштовхувальна сила, яка діє на циліндр, дорівнює вазі води в об’ємі, зайнятому циліндром.

Отже, ми дійдемо висновку, що на тіло, занурене в рідину, діє вишовхувальна сила, що дорівнює вазі рідини в об’ємі, зайнятому тілом. Уперше це було встановлено Архімедом, тому це твердження називають законом Архімеда.

Обчислимо величину виштовхувальної сили. Позначимо a глибину, на якій перебуває верхня основа циліндра, а d – висоту циліндра. Тиск рідини збільшується із глибиною, тому на нижню поверхню зануреного в рідину тіла рідина тисне із більшою силою, ніж на верхню. На верхню основу циліндра діє спрямована вниз сила тиску рідини а на нижню основу – спрямована угору сила тиску рідини Рівнодійна цих сил де V – об’єм циліндра, тобто дорівнює вазі рідини в об’ємі, рівному об’єму всього циліндра.

Досліди й розрахунки показують, що закон Архімеда справедливий не тільки для рідин, але й для газів: на тіло, що перебуває в газі, діє виштовхувальна сила, що дорівнює вазі газу в об’ємі тіла.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

1. Які спостереження вказують на існування виштовхувальної сили?

2. Чим пояснюють збільшення тиску рідини із глибиною?

3. Які сили діють на тіло, занурене в рідину?

4. Чому в розрахунку не враховують бічні сили?

5. Чому виникнення архімедової сили пов’язують із дією закону Паскаля?

III. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Розв’язати задачі

1. Яка архімедова сила діє на суцільний брусок масою 540 г, якщо він повністю занурений у воду?

Розв’язання. Для знаходження шуканої сили скористаймося законом Архімеда Fa = ?жVg. Оскільки брусок повністю занурений у воду, то об’єм води, витиснутої бруском, дорівнює об’єму бруска. Об’єм бруска можна знайти через його масу й густину: V = m/?.

Тоді архімедова сила дорівнює:

Перевірка одиниць:

Обчислюємо шукану величину:

2. Якщо підвішений до динамометра брусок занурюють у воду, динамометр показує 34 Н, якщо в гас – динамометр показує 38 Н. Які маса й густина бруска?

Відповісти на запитання

1. Кинуті в посудину з рідиною дві суцільні однакові кульки розташувалися, як показано на рисунку. Чи однакові виштовхувальні сили діють на ці кульки?