Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 8 клас. Повні уроки>>Фізика: Виштовхувальна сила. Закон Архімеда. Гідростатичне зважування. Умови плавання тіл. Повні уроки

Тема уроку

• Виштовхувальна сила. Закон Архімеда. Гідростатичне зважування. Умови плавання тіл

Мета уроку

• Сформувати поняття виштовхувальної сили, закону Архімеда, гідростатичного зважування. Визначити умови плавання тіл.

Задачі уроку

• 1.    Вивчити поняття «Виштовхувальна сила».
• 2.    Вивчити Закон Архімеда.
• 3.    Визначити умови плавання тіл.
• 4.    Вивчити поняття «Гідростатичне зважування»
• 5.    На конкретних прикладах визначити густину рідин.

Основні терміни

• Виштовхувальна сила – це сила, що діє на тіло, яке занурено в рідину або газ, та направлена в протилежний бік від сили тяжіння, що прикладена до цього тіла.
• Закон Архімеда – на тіло, занурене в рідину діє виштовхувальна сила, що дорівнює вазі рідини в об’ємі, зайнятому тілом.
• Гідростатичне зважування -  це метод вимірювання густини рідин та твердих тіл, в основі якого лежить виштовхувальна сила, яка діє на тверде тіло, що досліджується та занурене в рідину відомої густини, або, в випадку визначення густини рідини – на зважуванні твердого тіла, що занурене в рідину, з відомою масою та об’ємом.

План уроку

• 1.    Виштовхувальна сила. Закон Архімеда.
• 2.    Умови плавання тіл.
• 3.    Гідростатичне зважування
• 4.    Домашнє завдання.

Хід уроку

Виштовхувальна сила. Закон Архімеда

Під водою ми можемо з легкістю підняти важкий камінь, який з трудом підіймаємо на повітрі. Якщо взяти в руки пробку та занурити її в воду, а потім відпустити, то пробка спливе. Чому ж так відбувається?

Підвісимо на динамометр вантаж та визначимо показання динамометра.  Сила, з якою вантаж розтягує пружину динамометра виявилась рівною 4Н.  Тепер опустимо цей вантаж у воду, динамометр показує силу, з якою тіло у воді розтягує пружину – 3Н. Отже сила, з якою тіло розтягує пружину динамометра, в рідині менше, ніж у повітрі. Це добре проілюструє

Відео №1 «Опит з динамометром»

Отже, на занурене тіло діє виштовхувальна сила.

Розглянемо інший приклад. Дерев`яний брусок плаває на поверхні води. Якщо брусок знаходиться в стані спокою, то значить сили, що на нього діють, врівноважують одна одну.  Одна з сил – це спрямована вниз вила ваги, що діє на брусок з боку Землі, інша, вочевидь, спрямована вверх, і діє на брусок з боку води, виштовхуючи його. Тому цю силу і називають виштовхувальною.

Якщо на динамометр підвісити невелике відерце, а до нього тіло циліндричної форми та зафіксувати показник динамометра, занурити це тіло в ємність, що заповнена водою до відливною трубки, можна побачити, що частина рідини виллється в склянку. При цьому показник пружини динамометра підіймається в верх, показуючи зменшення ваги тіла в рідині. Якщо в відерце вилити рідину зі склянки, то показник пружини динамометра повернеться в початкове положення.

Отже, можна зробити висновок, що виштовхувальна сила, що діє на тіло, занурене в рідину, дорівнює вазі рідини в об’ємі, зайнятому тілом.

Уперше це було встановлено Архімедом, давньогрецьким вченим, який вперше вказав на існування виштовхувальної сили та розрахував її значення. Тому це твердження називають Законом Архімеда, а виштовхувальну силу Архімедовою силою.

Таким чином, опит підтвердив, що архімедова сила дорівнює вазі рідини в об’ємі тіла. Масу рідини, що витіснило тіло, можна виразити через її густину та об’єм тіла, що було занурено в рідину.

А цікаво знати, що спонукало давньогрецького вченого до відкриття цього закону. Легенду про Архімеда та його відкриття нам проілюструє

Відео№2 «Еврика»

Закон Архімеда допоміг знайти відповіді на багато питань

Контролюючий блок 1

• 1.    Що таке виштовхувальна сила?
• 2.    Куди спрямована виштовхувальна сила?
• 3.    Що таке архімедова сила?
• 4.    Сформулюйте Закон Архімеда.
• 5.    Як зміниться вага тіла, якщо його занурити в рідину?

Умови плавання тіл

На тіло, що занурено в рідину діють дві сили: сила тяжіння, що спрямована вертикально вниз, та архімедова сила, що спрямована вертикально вверх.

Розглянемо, що буде відбуватися з тілом під дією цих сил, якщо спочатку воно було нерухоме:

1.    Якщо сила тяжіння більше архімедової сили, то тіло буде занурюватись на дно, тонути;
2.    Якщо сила тяжіння дорівнює архімедовій силі, то тіло може знаходитися в рівновазі в будь-якому місці рідини, тобто плавати;
3.    Якщо сила тяжіння менше архімедової сили, то тіло будо підійматися із рідини, тобто спливати.

Коли ж тіло, що спливає, досягне рідини, то при подальшому його русі вверх, архімедова сила буде зменшуватися. Тому що буде зменшуватися об’єм частини тіла, що занурено в рідину,  а архімедова сила дорівнює вазі рідини в об’ємі тіла, що в неї занурено.  Коли архімедова сила стане дорівнювати силі тяжіння, тіло зупиниться і буде плавати на поверхні, частково занурившись в рідину.

Якщо ми ще раз проведемо опит з відливною ємністю та кількома різними рідинами (водою, спиртом, сольовим розчином), але тепер зважимо рідину, що була витіснена тілом, то побачимо, що якщо тіло плаває в рідині, то вага води, що була ним витиснена, дорівнює вазі тіла в повітрі.

Тобто, можна зробити висновок, що якщо густина цільного твердого тіла більше за густину рідини, то тіло в такій рідині буде тонути, якщо густина тіла менше за густину рідини, то воно буде спливати.

Чим менша густина тіла в порівнянні з густиною рідини, тим менша частина тіла занурена в рідину.

Спираючись на даний опит та Закон Архімеда, можна зробити висновок завдяки ж чому судна тримаються на воді та ще й перевозять величезні вантажі.

Вага води, що витісняє підводна частина судна, дорівнює вазі судна з вантажем на повітрі або силі тяжіння, що діє на судно з вантажем.  Глибину, на яку судно занурюється в воду, називають осадкою. Найбільш допустима осадка помічена на судні червоною лінією, що називається ватерлінією.

Вага води, що витісняється судном при зануренні до ватерлінії, дорівнює силі тяжіння,  що діє на судно з вантажем, називається водовиміщенням судна. Якщо від водовиміщення відняти вагу самого судна, то отримаємо його вантажопідйомність.

Відео №3 «Умови плавання підводного човна» проілюструє нам приклад плавання підводного судна.

Як відомо, на тіло, що перебуває в газі, також діє виштовхувальна сила, що дорівнює вазі газу в об’ємі тіла. Існування цієї виштовхувальної сили наочно доводять повітряні кулі. Це проілюструє

Відео №4 «Політ на повітряній кулі»

Контролюючий блок 2

• 1.    При яких умовах тіло буде тонути в рідині?
• 2.    При яких умовах тіло буде плавати в рідині?
• 3.    При яких умовах тіло буде спливати в рідині?
• 4.    Яке тіло буде більше занурюватися в рідину з більшою чи зменшою густиною?

Гідростатичне зважування

Гідростатичне зважування -  це метод вимірювання густини рідин та твердих тіл, в основі якого лежить виштовхувальна сила, яка діє на тверде тіло, що досліджується та занурене в рідину відомої густини, або, в випадку визначення густини рідини – на зважуванні твердого тіла, що занурене в рідину, з відомою масою та об’ємом.

Розглянемо приклад. Зважимо за допомогою динамометра тіло та запишемо його значення Р=10.  Тепер зануримо повністю дане тіло у воду та знову зафіксуємо показник динамометра Р¹=8. Визначимо густину тіл, якщо вважати, що густина води дорівнює 1000 кг/м³.

ρ= 1000*(10/(10-8))=5000 кг/м³.

Тепер учні повинні самостійно провести опит з кількома різними тілами та вирахувати їх густину.

Контролюючий блок 3

• 1.    Що таке гідростатичне зважування?
• 2.    Які висновки можна зробити після проведеного опиту стосовно відношення густини тіла та рідини.

Домашнє завдання

• 1.    Провести вдома опит: занурити в склянку з водою пальцем олівець, а потім швидко його відпустити. Описати, що відбувається з олівцем та чому.
• 2.    Зобразіть графічно сили, що діють на тіло, що плаває на воді, спливає, тоне.
• 3.    Вирішіть задачу: Яка архімедова сила діє на суцільний брусок масою 820г, якщо він повністю занурений у воду?

Цікаво знати

Густина організмів, що живуть в воді, практично не відрізняється від густини води, тому міцні скелети їм не потрібні.

Риби регулюють глибину свого занурення змінюючи середню густину свого тіла. Для цього їм необхідно лише змінити об’єм свого плавательного пузиря, скорочуючи чи розслабляючи м`язи.

Список літератури

1.    Урок на тему: «Архімедова сила» Туз В.В., вчитель фізики, Херсонська обл.,  Високопільський район, Новомиколаївська школа.
2.    Урок на тему: «Закон Архимеда» Василенко К.Н., учитель физики и информатики, брянская обл., МОУ Сещинская средняя школа
3.    Урок на тему: «Легенда Архимеда»  Василенко К.Н., учитель физики и информатики, брянская обл., МОУ Сещинская средняя школа
4.    Кирик Л.А. Усі уроки фізики 8 клас. – Х.: Видавнича група «Основа», 2008.
5.    Перышкин А.В. Физика. Учебник для общеобразовательных учебных заведений 7 класс. – М.,  ОАО «Московские учебники», 2008

Відредаговано та вислано Борисенко І.М.

Над уроком працювали

Туз В.В.

Василенко К.Н.

Борисенко І.М.

Поставить вопрос о современном образовании, выразить идею или решить назревшую проблему Вы можете на Образовательном форуме, где на международном уровне собирается образовательный совет свежей мысли и действия. Создав блог, Вы не только повысите свой статус, как компетентного преподавателя, а и сделаете весомый вклад в развитие школы будущего. Гильдия Лидеров Образования открывает двери для специалистов  высшего ранга и приглашает к сотрудничеству в направлении создания лучших в мире школ.