SMARTexperiment - закон Архімеда

Схема досліду

Закон Архімеда:

«Статична виштовхувальна сила , що діє на тіло в середовищі, дорівнює силі тяжіння, яка діє на витіснене тілом середовище».

З цього випливає й зворотне: тіло певної маси з такою самою густиною, як у води, у посудині з водою витісняє саме таку кількість води, сила тяжіння якої дорівнює його власній силі тяжіння, - тому воно й зависає в товщі води. Тобто сила тяжіння тіла дорівнює добутку об'єму і густини витісненої води на прискорення вільного падіння :

Попередні знання

Учні вже мають мати базове розуміння сили тяжіння, що діє на тіла. Густина води теж має бути їм відома.

Принцип

Тіло, занурене в нерухому рідину, витісняє певну кількість цієї рідини. Маса витісненої рідини точно дорівнює масі зануреного тіла, якщо густина тіла дорівнює густині рідини. Тоді тіло зависає. За більшої густини результівна сила зменшується через протилежно спрямовану виштовхувальну силу, яка дорівнює силі тяжіння витісненої рідини.

Навчальна мета

Учні мають самі відкрити закон Архімеда: за допомогою трьох поплавків вони досліджують, чи є зв'язок між виштовхувальною силою, що діє на тіло у воді, і витісненим тілом об'ємом.

Завдання

Учні визначають сили тяжіння трьох поплавків і сили тяжіння витісненої кожним із них води. Потім вони перевіряють, які зв'язки є між цими силами, і називають умови, які мають виконуватися, щоб тіло плавало.

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

Судно на морі

Завдяки закону Архімеда повітряні кулі можуть літати, а кораблі - плавати на воді. Для цього такі апарати конструюють так, щоб їхня середня густина була меншою за густину відповідного середовища. Якщо густина тіла перевищує густину середовища, тіло тоне, але рівнодійна сила зменшується на протилежно напрямлену виштовхувальну силу.

У цьому досліді ти дізнаєшся, наскільки виштовхувальна сила зменшує рівнодійну силу і як пов'язані кількість витісненої води та сила тяжіння відповідного тіла.

1. Визнач сили тяжіння трьох поплавків і сили тяжіння витісненої кожним із них води.
2. Перевір, чи є зв'язки між цими силами.
3. За знайденими зв'язками назви умови, які мають виконуватися, щоб тіло плавало.

iOS

Android

Windows

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

• Пригвинти несучу рейку (рис. 1[1]) довгим гвинтом із внутрішнім шестигранником (рис. 2[S4]) знизу до основної плити (рис. 1[5]).

• Пригвинти настільний кутник (рис. 1[3]) двома короткими гвинтами з внутрішнім шестигранником (рис. 2[S5]) згори до основної плити (рис. 1[5]).

Рисунок 6

Рисунок 7

• Закріпи один датчик SMARTsense Force & Acceleration (датчик сили) за допомогою гвинта з накаткою (рис. 2[S3]) на регуляторі висоти (рис. 1[2]) (рис. 6).

• Пригвинти тримач тягарців (рис. 1[4]) до другого датчика SMARTsense Force & Acceleration (датчика сили) (рис. 7 + 8).

Рисунок 8

• Пригвинти другий датчик за допомогою пластикового гвинта або гвинта-баранця (рис. 2[S2]) до настільного кутника (рис. 1[3]) (рис. 8).

Рисунок 9

• Увімкни датчик сили, натиснувши й потримавши кілька секунд кнопку живлення.
• Після успішного вмикання побачиш, що блимає світлодіод.
• Запусти measureAPP. Торкнися вкладки «Датчики» і вибери датчик сили.

Вибір датчика в measureAPP

• Торкнися вкладки «Конфігурація» і вибери «Обнулити».
• У вікні, що відкриється, вибери датчик сили і вийди з вікна натисканням «зберегти».
• Повтори ці кроки («Виконання 1-2») і для другого датчика сили.
• Потім вибери ще й цифровий показ виміряних значень.

Налаштування датчика в measureAPP

Рисунок 10

Рисунок 11

Рисунок 12

Рисунок 13

• Наповнюй великий стакан водою, доки вона не почне виливатися. Тепер вилий воду, яка стекла в малий стакан.
• Почни вимірювання і лише тепер пригвинти один поплавок до синього магніта (рис. 13).

Рисунок 14

• Запиши виміряну силу тяжіння тіла в повітрі () .
• Зміни висоту так, щоб поплавок був якраз повністю під водою.
• Запиши виміряну силу тяжіння тіла у воді () і виміряну силу тяжіння витісненої води () .

• Видали вимірювання і повтори ці кроки («Виконання 4-5») і для двох інших поплавків.