Виштовхувальна сила і плавання тіл

Дерев'яний стовпчик, що плаває в посудині з водою

У цьому досліді учні дізнаються, як пов'язані сила тяжіння тіла і виштовхувальна сила з тим, плаває тіло чи тоне. Якщо предмет покласти в нерухому рідину - у цьому випадку у воду, - то його сила тяжіння і виштовхувальна сила діють у протилежних напрямках:

Величина статичної виштовхувальної сили випливає із закону Архімеда, тобто залежить від сили тяжіння, що діяла на витіснену тілом рідину. Часто густину тіла порівнюють із густиною рідини, щоб зробити висновок про те, чи тіло тоне, зависає, чи спливає. Якщо повністю скомпенсована, тіло плаває на поверхні води, як дерев'яний стовпчик на рисунку.

Попередні знання

Учні вже мають опрацювати базове розуміння сили тяжіння тіл, а також їхньої густини та об'єму.

Принцип

Тіло, занурене в нерухому рідину, начебто втрачає вагу. Це явище і є так званою виштовхувальною дією. Силі тяжіння тіла протидіє виштовхувальна сила , яка залежно від властивостей тіла може навіть повністю скомпенсувати силу тяжіння.

Навчальна мета

Завдання

На прикладі різних тіл учні мають дізнатися, яка властивість тіла вирішує, чи плаватиме воно у воді, чи потоне.

Для цього учні мають опускати різні тіла в лабораторний стакан із водою і спостерігати, плавають вони чи ні. Далі вони мають перевірити, чи впливає на плавучість об'єм тіл або їхня форма.

Примітка:Оскільки масу пластиліну точно не задають, невизначеною є й кількість кульок, яку витримає човник. Важливо, щоб учні побачили: після перевищення певної маси вантажопідйомності вже не вистачає, і човник тоне.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Судно на воді

Як ти знаєш, судна тримаються на воді. Причина цього - статична виштовхувальна сила, яку тіло зазнає в рідині. Ця сила може, як у випадку судна, навіть із запасом перевищити силу тяжіння тіла. Завдяки їй судно вагою в багато сотень тонн здатне триматися на воді й не тонути.

Але вантажити судна як завгодно важко не можна. Понад певне завантаження будь-яке судно почне тонути.

У цьому досліді ти дізнаєшся, від яких величин залежить, плаватиме тіло чи потоне.

Дослідь виштовхувальну силу різних тіл та їхню можливу здатність плавати.

Дій так:

• Занур у воду різні тверді тіла з різною густиною.
• Перевір, плавають вони чи ні.
• Виготов із пластичного матеріалу порожнисте тіло й перевір, чи плаває воно.
• Навантаж порожнисте тіло додатковими масами.

Дерев'яний брусок плаває в лабораторному стакані

• Наповни лабораторний стакан приблизно на 3/4 водою і поклади у воду по черзі алюмінієвий і дерев'яний стовпчики, гумову кульку, шматок пластиліну, з'єднувач (пластик) і гумовий корок.
• Поспостерігай, тонуть тіла чи плавають, і внеси свої спостереження до протоколу.

• Поділи пластилін на дві приблизно однакові половини. З однієї половини сформуй кульку, а з другої - пластину, з якої виліпи човник.

• Поклади обидві частини у воду і перевір, тонуть вони чи плавають. Внеси результати до таблиці в протоколі.
• Тепер зліпи з кульки човник, а з човника - кульку. Знову поклади обидві частини у воду, повтори дослід і запиши результати також у таблицю.
• Поділи пластилінову кульку приблизно на десять малих, якомога однакових кульок, постав човник на воду і поступово навантажуй його цими кульками. Запиши свої спостереження до протоколу.