Навучальныя матэрыялы Закон Архімеда складаецца з базавых кампетэнцый і паказчыкаў дасягнення кампетэнцый, навучальных матэрыялаў, прыкладаў пытанняў, практычных пытанняў і фарміруючых тэстаў.
А. Асноўныя кампетэнцыі
3. 1 Ужыванне законаў статычных вадкасцей у паўсядзённым жыцці
4.1 Распрацоўка і правядзенне эксперыментаў, якія выкарыстоўваюць уласцівасці статычных вадкасцей, уключаючы прэзентацыю эксперыментальных вынікаў і іх выкарыстання.
B. Паказчыкі дасягнення кампетэнцый
1. Запамінанне (C1), разуменне (C2), ужыванне (C3), мпрааналізаваць (C4) і зрабіць выснову (C5) паняцце плавучасці, закон Архімеда і паняцце плавання, завісання, апускання
2. Вырашыце (C4) і выпраўце (C6) пытанні пра плавучасць і закон Архімеда
3. Правядзенне (P2) эксперыменту hЗакон Архімеда
4. Пакажыце (P3) і вызначце (P5) gёсць плаваючы і hЗакон Архімеда
ЗАКОН АРХІМЕДА
I. УВОДЗІНЫ
Вы калі-небудзь былі на караблі? Карабель з вельмі вялікай масай не тоне, а невялікі, лёгкі камень можа. Чаму так адбываецца?
Ці ведаеце вы, што намалявана на малюнку злева? Падводная лодка — гэта карабель, які можа плаваць на паверхні мора, а таксама ныраць пад ваду. Як падводная лодка плавае і нырае?
Што вы бачыце на малюнку справа? Паветраныя шары могуць лятаць на вялікай вышыні. Чаму лётаюць паветраныя шары і як кіраваць паветраным шарам?
Караблі могуць плаваць на паверхні мора і ныраць пад ваду, гэтак жа як паветраныя шары могуць лунаць у атмасферы, гэта значыць у паветры. Каб зразумець гэта, трэба спачатку зразумець Закон АрхімедаКаб зразумець закон Архімеда, спачатку трэба зразумець канцэпцыю... Плавучасць.
Крыніца выявы: Google.com
II. СІЛА ПЛАВУЧАСЦІ
Што адчуваецца лягчэйшым: камень, узняты на сушы, ці той жа камень, узняты ў вадзе? Калі вы ніколі не сутыкаліся з гэтым, паспрабуйце адказаць на гэтае пытанне. Камень, узняты на сушы, цяжэй падняць, але той жа камень лягчэй падняты ў вадзе. Гэта звязана з сілай выштурхоўвання.
Калі аб'ект змяшчаюць у вадкасць, узнікае розніца ціскаў паміж вадкасцю ўверсе аб'екта і вадкасцю ўнізе аб'екта. Вадкасць унізе аб'екта мае большы ціск, чым вадкасць уверсе. на аб'екце. Плавучасць узнікае з-за рознасці ціску вадкасці на рознай глыбіні.
На малюнку бачны аб'ект, які плавае ў вадкасці. Вадкасць пад вадкасцю мае большы ціск, чым вадкасць над аб'ектам, таму што вадкасць пад аб'ектам мае большую глыбіню, чым вадкасць над аб'ектам (h2 > г1).
інфармацыя: FA = сіла плавучасці, ρ = шчыльнасць вадкасці, g = паскарэнне свабоднага падзення, V = аб'ём аб'екта, пагружанага ў вадкасць
Замяніць ρV у формуле для сілы плавучасці з m у формуле шчыльнасці:
інфармацыя: m = маса, g = паскарэнне сілы цяжару, w = сіла цяжару.
Зыходзячы з ураўнення 2, сіла плавучасці (FA) роўная вазе (w) выцесненай вадкасці. VАб'ём выцесненай вадкасці такі ж, як аб'ём прадмета ў вадкасці.
III. ЗАКОН АРХІМЕДА
Калі аб'ект цалкам або часткова апускаецца ў вадкасць, вадкасць аказвае на аб'ект сілу, накіраваную ўверх (плавучасць), дзе велічыня сілы плавучасці роўная вазе выцесненай вадкасці. Аб'ём выцесненай вадкасці роўны аб'ёму аб'екта, пагружанага ў вадкасць.
IV. ПЛЫВАЕ, ПЛЫВАЕ, ТАНЕ
4.1 ПЛАВАЮЧЫ
Аб'ект плавае на паверхні вадкасці, калі:
1. Вага прадмета меншы чым сіла плавучасці (w < FA), або
2. Шчыльнасць аб'екта меншая за шчыльнасць вадкасці ( )
Калі сіла ўзняцця большая за сілу гравітацыі, то выніковая сіла не роўная нулю, і, згодна з законамі руху Ньютана, аб'ект будзе рухацца ўверх. Але на самой справе аб'ект знаходзіцца ў стане спакою на паверхні вадкасці. Згодна з першым законам Ньютана, калі аб'ект знаходзіцца ў стане спакою, то
ΣFy = 0
FA – w – Fa = 0
FA = w + Fa
FA = выштурхоўная сіла, якую вадкасць аказвае на аб'ект, Fa = атмасферная цяга, w = вага прадмета.
4.2 ПЛАВАЮЧЫ
Аб'ект плавае на паверхні вадкасці, калі:
1. Вага прадмета разам з Сіла плавучасці (w = FA), або
2. Шчыльнасць аб'екта такая ж, як і шчыльнасць вадкасці ( )
Згодна з першым законам Ньютана, калі аб'ект знаходзіцца ў стане спакою, то
ΣFy = 0
FA – w = 0
FA = w
4.3 Апусканне
1. Вага прадмета большы чым сіла плавучасці (w > FA), або
2. Шчыльнасць аб'екта большая за шчыльнасць вадкасці ( )
Згодна з першым законам Ньютана, калі аб'ект знаходзіцца ў стане спакою, то
ΣFy = 0
w – FA – N = 0
w = FA + N
FA = выштурхоўная сіла, якую вадкасць аказвае на аб'ект, N = нармальная сіла, якая дзейнічае ад асновы да аб'екта, w = вага прадмета.
Чаму караблі плаваюць?
Пасля вывучэння вышэйзгаданага тлумачэння, цяпер паспрабуйце адказаць на пытанне, чаму карабель з вялікай масай не тоне, а лёгкі пясок тоне ў моры? Пясок тоне, таму што шчыльнасць пяску большая за шчыльнасць марской вады. Тым часам караблі, хоць і зроблены з жалеза, маюць шчыльнасць большую за шчыльнасць марской вады (шчыльнасць жалеза 7874 кг/м³3 , шчыльнасць марской вады складае 1025 кг/м3), але аб'ём судна настолькі вялікі, што шчыльнасць судна, калі яе разлічыць па формуле шчыльнасці ρ = m / V менш за шчыльнасць марской вады.
Калі выкарыстоўваць паняцце плавучасці і сілы цяжару, караблі плаваюць, таму што плавучасць большая за сілу цяжару карабля.
Як падводныя лодкі пікіруюць
Каб падводная лодка плавала, яе шчыльнасць павінна быць меншай за шчыльнасць марской вады. Аналагічна, падводная лодка можа ныраць, калі яе шчыльнасць большая або роўная шчыльнасці марской вады. Аб'ём падводнай лодкі аднолькавы, таму, каб яна нырала і плавала, шчыльнасць падводнай лодкі можна змяніць, наліваючы ваду і паветра ў баластныя цыстэрны. Калі вы хочаце ныраць, наліце ваду ў баластную цыстэрну, а калі вы хочаце ўсплыць на паверхню, ваду з цыстэрны выдаляюць, а ў цыстэрну напаўняюць паветрам.
Выкарыстоўваючы канцэпцыю плавучасці і сілы цяжару, падводная лодка можа плаваць, калі сіла плавучасці большая за сілу цяжару падводнай лодкі. Падводная лодка можа ныраць, калі сіла плавучасці карабля большая за сілу плавучасці, якую аказвае на падводную лодку марская вада.
Чаму і як могуць лётаць паветраныя шары
Паветраныя шары ляцяць у паветры, таму што ўнутры шара знаходзіцца газ, шчыльнасць якога меншая за шчыльнасць паветра вакол яго. З іншага боку, калі шчыльнасць газу ўнутры шара такая ж, як і шчыльнасць паветра вакол яго, шар падае на зямлю і не ляціць угору.
Карыстаючыся канцэпцыяй плавучасці, паветраны шар падымаецца, таму што сіла плавучасці большая за сілу цяжару шара. Паветраны шар падае на зямлю, калі сіла цяжару шара большая за сілу плавучасці, якая дзейнічае на яго паветра.
V. ПРЫКЛАДЫ ПЫТАННЯЎ
5.1. Вага грузу ў паветры складае 5 Н, вага грузу, вымераная ў вадкасці, складае 4 Н. Якая вялікая выцяжная сіла?
Абмеркаванне
Вядома:
Вага грузу ў паветры (вт) = 5 Н
Вага грузу ў вадзе (wF) = 4 Н
Спыталі: Сіла плавучасці (FA)
Адказ:
Пры вымярэнні ў вадкасці частка вагі грузу губляецца з-за сілы выштурхоўвання. Велічыня сілы выштурхоўвання = рознасць паміж вагой грузу ў паветры і вагой грузу ў вадкасці.
FA = 5 – 4 = 1 Ньютана
5.2. Ёмістасць, поўная вады, напаўняецца каменем, у выніку чаго частка вады выліваецца. Аб'ём разлітай вады складае 0,1 м³.3.. Шчыльнасць вады = 1000 кг/м³3, Паскарэнне сілы цяжару 10 м/с2Якую выталкивающую сілу аказвае вада на скалу?
Абмеркаванне
Вядома:
Аб'ём разлітай вады (V) = 0,1 м3
Шчыльнасць вады (ρ) = 1000 кг/м3
Паскарэнне сілы цяжару (g) = 10 м/с2
Спыталі: Сіла плавучасці (FA)
Адказ:
FA = ρ g V = (1000)(10)(0,1) = 1000 Н
5.3. Калі прадмет змясціць у ёмістасць, напоўненую марской вадой, частка марской вады выльецца на 0,2 м.3Шчыльнасць марской вады = 1025 кг/м³3Паскарэнне сілы цяжару складае 10 м/с2Вылічыце вагу выцесненай/разлітай марской вады.
Абмеркаванне
Вядома:
Аб'ём (V) = 0,2 м3
Шчыльнасць марской вады (ρ) = 1025 кг/м³3.
Паскарэнне сілы цяжару (g) = 10 м/с2
Спыталі: Вага выцесненай/разлітай марской вады
Адказ:
Закон Архімеда сцвярджае, што велічыня выштурхоўвальнай сілы роўная вазе выцесненай/разлітай марской вады.
FA = ρ g V = (1025)(10)(0,2) = 2050 Н
5.4. Метал важыць 100 Н у паветры і 80 Н у вадзе. Які аб'ём металу? Шчыльнасць вады = 1000 кг/м³3, паскарэнне сілы цяжару = 10 м/с2.
Абмеркаванне
Вядома:
Вага ў паветры (w) = 100 Н
Вага ў вадзе (w)f) = 80 Н
Шчыльнасць вады (ρ) = 1000 кг/м3
Паскарэнне сілы цяжару (g) = 10 м/с2
Спыталі: Аб'ём металу
Адказ:
FA = 100 – 80 = 20 Н
FA = ρ g V
20 = (1000)(10) В
20 = 10.000 В
5.5. Аб'ект масай 20 Н змешчаны ў вадкасць. Калі выцяжная сіла роўная 30 Н, ці будзе аб'ект тонуць, плаваць ці ўсплываць?
Абмеркаванне
Выцяжная сіла большая за вагу аб'екта, FA > w, каб аб'ект плаваў.
Аб'ект тоне, калі выцяжная сіла меншая за яго вагу (FA < w)
VI. ПРАКТЫЧНЫЯ ПЫТАННІ І КЛЮЧЫ ДА АДКАЗАЎ
https://gurumuda.net/soal-ujian/soal-latihan-hukum-archimedes
VII. ПЫТАННІ ФАРМАЦЫЎНАГА ТЭСТА
https://gurumuda.net/soal-ujian/tes-formatif-hukum-archimedes
????
