Інформація для вчителів
Застосування
Виштовхувальна сила з SMARTsense
Якщо визначити силу тяжіння тіла в повітрі і у воді , то з їхньої різниці можна знайти виштовхувальну силу .
Знаючи густину води і масу витісненої води, далі можна обчислити об'єм зануреного тіла.
Із сили тяжіння і прискорення вільного падіння визначають масу тіла , а насамкінець із частки маси й об'єму - густину тіла.
Інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Принцип
Учні вже мають мати базове уявлення про те, як діють сили і як їх визначають за допомогою вимірювача сили.
Різниця тисків на верхній і нижній поверхнях тіла дає рівнодійну силу, яка зменшує силу тяжіння тіла всередині середовища. Тому на занурене у воду тіло діє виштовхувальна сила , що дорівнює різниці його сили тяжіння в повітрі та у воді. Звідси можна обчислити масу витісненої води, а потім, знаючи густину води, - об'єм тіла. Якщо після цього поділити масу зануреного тіла на його об'єм, дістанемо його густину.
Інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
Учні мають зрозуміти, як статична виштовхувальна сила діє на тіла. Уявне зменшення сили тяжіння під водою можна використати, щоб визначити об'єм і густину невідомого тіла. Залежності, які лежать в основі, треба простежити і фізично, і математично.
Завдання
Учні:
- Визначають виштовхувальну силу тіл із різниці їхніх сил тяжіння в повітрі та у воді.
- Обчислюють густину тіл з їхньої сили тяжіння в повітрі та об'єму витісненої води.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Судно на морі
Виштовхувальна сила з SMARTsense
Саме завдяки закону Архімеда можуть літати повітряні кулі й триматися на воді кораблі. Для цього апарати будують так, щоб їхня середня густина була меншою за густину відповідного середовища. Якщо густина тіла перевищує густину середовища, тіло тоне, але його сила тяжіння зменшується протилежно напрямленою виштовхувальною силою.
У цьому досліді ти дізнаєшся, наскільки виштовхувальна сила зменшує силу тяжіння і як за виштовхувальною силою визначити середню густину твердого тіла.
Завдання
- Визнач виштовхувальну силу тіл із різниці їхніх сил тяжіння в повітрі та у воді.
- Обчисли густину тіл з їхньої сили тяжіння в повітрі та об'єму витісненої води.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense - сила і прискорення (Bluetooth + USB) | 12943-00 | 1 |
| 2 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 3 | Штативний стрижень, нерж. ст., з різьбою, l = 600 мм, d = 10 мм | 02035-00 | 1 |
| 4 | Штативний стрижень, нерж. ст., з отвором, l=100 мм | 02036-01 | 1 |
| 5 | Подвійна муфта | 02043-00 | 2 |
| 6 | Алюмінієвий стовпчик | 03903-00 | 1 |
| 7 | Залізний стовпчик, нікельований | 03913-00 | 1 |
| 8 | Лабораторний стакан, пластик (PP), 100 мл | 36011-01 | 1 |
| 9 | Лабораторний стакан, пластик (PP), 250 мл | 36013-01 | 1 |
| 10 | Волосінь, на котушці, d = 0,7 мм, 20 м | 02089-00 | 1 |
| 11 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Ножиці | 1 |
Складання (1/2)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/2)
- Склади штативну основу і штативний стрижень у штатив.
- Закріпи датчик сили разом із коротким штативним стрижнем у подвійній муфті.
- Протягни крізь отвори в залізному та алюмінієвому стовпчиках по шматку волосіні й зроби з неї петлі для підвішування.
- Викрути з другої подвійної муфти обидва гвинти і теж зроби для неї петлю з волосіні.
Виконання (1/5)
Увімкнення
Вибір датчика в measureAPP
- Увімкни датчик сили, натиснувши й потримавши кілька секунд кнопку живлення.
- Коли він увімкнеться, побачиш, як блимає світлодіод (лівий рисунок).
- Запусти measureAPP. Торкнися вкладки «Датчик» і вибери датчик сили (правий рисунок).
Виконання (2/5)
- Торкнися вкладки «Налаштування» і вибери «Обнулити» (рисунок ліворуч). У вікні, що відкриється, торкнися датчика сили.
- Вийди з вікна натисканням «зберегти» (правий рисунок).
Виконання (3/5)
Виконання - вимірювання
- Підвісь перше тіло (алюмінієвий стовпчик, залізний стовпчик, подвійну муфту) на волосіні до датчика сили.
- Почни вимірювання (рисунок).
- За кілька секунд заверши вимірювання.
- Тоді визнач середнє значення сили (за допомогою інструмента опрацювання) і запиши його в таблицю протоколу.
Виконання (4/5)
Виконання - вимірювання
- Збережи вимірювання.
- Повтори вимірювання сили тяжіння в повітрі для всіх решти тіл.
- Тепер постав під датчиком сили мірний стакан із водою.
- Повтори наведене вище вимірювання для всіх трьох тіл, коли вони повністю занурені у воду, і запиши в таблицю значення для повного занурення.
Виконання (5/5)
Виконання - штативна основа
- Щоб розібрати штативну основу, натисни кнопки посередині й розведи обидві половини.
Протокол
Таблиця 1
Занеси свої результати вимірювань до таблиці.
Алюмінієвий стовпчик: F_G,L [Н]:
Алюмінієвий стовпчик: F_G,W [Н]:
Алюмінієвий стовпчик: F_A [Н]:
Алюмінієвий стовпчик: m_W [г]:
Алюмінієвий стовпчик: V_K [см³]:
Алюмінієвий стовпчик: m_K [г]:
Алюмінієвий стовпчик: rho_K [г/см³]:
Тіло
Алюмінієвий стовпчик
Залізний стовпчик
Подвійна муфта
Залізний стовпчик: F_G,L [Н]:
Залізний стовпчик: F_G,W [Н]:
Залізний стовпчик: F_A [Н]:
Залізний стовпчик: m_W [г]:
Залізний стовпчик: V_K [см³]:
Залізний стовпчик: m_K [г]:
Залізний стовпчик: rho_K [г/см³]:
Подвійна муфта: F_G,L [Н]:
Подвійна муфта: F_G,W [Н]:
Подвійна муфта: F_A [Н]:
Подвійна муфта: m_W [г]:
Подвійна муфта: V_K [см³]:
Подвійна муфта: m_K [г]:
Подвійна муфта: rho_K [г/см³]:
Обчисли з виштовхувальну силу .
Обчисли масу витісненої води з виштовхувальної сили і прискорення вільного падіння .
Визнач з маси витісненої води і густини води () об'єм тіла.
Обчисли масу тіла із сили тяжіння у повітрі та прискорення вільного падіння .
Утвори частку з маси і об'єму тіла.
Підказка щодо
Підказка щодо
Підказка щодо
Підказка щодо
Підказка щодо
Завдання 1
Ще раз подивися на хід обчислення і опиши його словами та формулами. 1. ____: різниця сил тяжіння тіла в повітрі та у воді дає виштовхувальну силу. 2. m_W = ____ і V= ____ з ____: виштовхувальна сила, поділена на прискорення вільного падіння, дає масу витісненої води, а та - об'єм, бо густина води дорівнює ____. 3. ____: сила тяжіння тіла в повітрі, поділена на прискорення вільного падіння, дає масу тіла m_K. 4. ____: з маси тіла, поділеної на його об'єм, дістаємо шукану густину.
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання
Питання