Учебни материали Законът на Архимед Състои се от основни компетенции и показатели за постигнати компетенции, учебни материали, примерни въпроси, практически въпроси и формиращи тестове.
А. Основни компетенции
3. 1 Прилагане на законите за статичните флуиди в ежедневието
4.1 Проектиране и провеждане на експерименти, които използват свойствата на статични флуиди, включително представяне на експерименталните резултати и тяхното използване.
Б. Показатели за постигане на компетентност
1. Запомняне (C1), разбиране (C2), прилагане (C3), mанализирайте (C4) и направете заключение (C5) за концепцията за плаваемост, закона на Архимед и концепцията за плаване, виене на земята, потъване
2. Решете (C4) и коригирайте (C6) задачи за плаваемостта и закона на Архимед
3. Провеждане (P2) на експеримента hЗаконът на Архимед
4. Покажете (P3) и определете (P5) gима плаващи и hЗаконът на Архимед
ЗАКОНЪТ НА АРХИМЕД
I. ВЪВЕДЕНИЕ
Били ли сте някога на кораб? Кораб с много голяма маса не потъва, докато малък, лек камък може. Защо е така?
Знаете ли какво е на картинката вляво? Подводницата е кораб, който може да плава по повърхността на морето, а също и да се гмурка под вода. Как плава и гмурка една подводница?
Какво виждате на изображението вдясно? Балоните с горещ въздух могат да летят на голяма височина. Защо балоните летят и как се управлява балон с горещ въздух?
Корабите могат да се носят по повърхността на морето и да се гмуркат под вода, точно както балоните могат да се носят в атмосферата, т.е. във въздуха. За да разберете това, първо трябва да разберете Законът на АрхимедЗа да разберете закона на Архимед, първо трябва да разберете концепцията. Плаваемост.
Източник на изображението: Google.com
II. СИЛА НА ПЛАВАТЕЛНОСТ
Кое се усеща по-леко - камък, повдигнат на сушата, или същият камък, повдигнат във вода? Ако никога не сте изпитвали това, трябва да опитате, за да отговорите на въпроса. По-тежко е да се повдигне камък на сушата, но същият камък е по-лек, повдигнат във вода. Това се дължи на силата на плаваемост.
Когато даден обект е поставен в течност, ще има разлика в налягането между течността в горната част на обекта и течността в долната част на обекта. Течността в долната част на обекта има по-голямо налягане от течността в горната част. върху обект. Плаваемостта възниква поради разликите в налягането на флуида на различни дълбочини.
На снимката се вижда обект, плаващ в течност. Течността под течността има по-голямо налягане от течността над обекта, защото течността под обекта има по-голяма дълбочина от течността над обекта (h2 > ч1).
Информация : FA = сила на плаваемост, ρ = плътност на течността, g = ускорение на гравитацията, V = обем на обект, потопен в течност
Замяна ρV във формулата за сила на плаваемост с m във формулата за плътност:
Информация : m = маса, g = ускорение на гравитацията, w = гравитация.
Въз основа на уравнение 2, силата на плаваемост (FA) е равно на теглото (w) на изместената течност. VОбемът на изместената течност е същият като обема на обекта във течността.
III. ЗАКОН НА АРХИМЕД
Когато даден обект е изцяло или частично потопен в течност, течността упражнява сила нагоре (плаваемост) върху обекта, като големината на силата на плаваемост е равна на теглото на изместената течност. Обемът на изместената течност е равен на обема на обекта, потопен във течността.
IV. ПЛАВАНЕ, ПЛАВАНЕ, ПОТЪВАНЕ
4.1 ПЛАВАЩ
Обект плава по повърхността на течност, ако:
1. Теглото на даден обект по-малък отколкото силата на плаваемост (w < FA), или
2. Плътността на обекта е по-малка от плътността на флуида ( )
Ако силата на плаваемост е по-голяма от гравитацията, тогава резултантната сила не е нула, според законите за движение на Нютон, обектът ще се движи нагоре. Но в действителност обектът е в покой на повърхността на течността. Според първия закон на Нютон, ако един обект е в покой, тогава
ΣFy = 0
FA – w – Fa = 0
FA = w + Fa
FA = сила на изтласкване, упражнявана от течността върху обекта, Fa = атмосферна тяга, w = теглото на обекта.
4.2 ПЛАВАЩ
Обект плава по повърхността на течност, ако:
1. Теглото на даден обект заедно с Сила на плаваемост (w = FA), или
2. Плътността на обекта е същата като плътността на флуида ( )
Според първия закон на Нютон, ако даден обект е в покой, тогава
ΣFy = 0
FA – w = 0
FA =w
4.3 ПОТЪПВАНЕ
1. Теглото на даден обект по-голям отколкото силата на плаваемост (w > FA), или
2. Плътността на обекта е по-голяма от плътността на флуида ( )
Според първия закон на Нютон, ако даден обект е в покой, тогава
ΣFy = 0
w – FA – N = 0
w = FA + N
FA = сила на изтласкване, упражнявана от течността върху обекта, N = нормална сила, упражнявана от основата върху обекта, w = теглото на обекта.
Защо корабите плават?
След като проучихте горното обяснение, сега се опитайте да отговорите на въпроса защо кораб с голяма маса не потъва, докато лекият пясък потъва в морето? Пясъкът потъва, защото плътността му е по-голяма от плътността на морската вода. Междувременно корабите, макар и направени от желязо, имат плътност, по-голяма от плътността на морската вода (плътността на желязото е 7874 кг/м³3 , плътността на морската вода е 1025 kg/m³3), но обемът на кораба е толкова голям, че плътността на кораба, ако се изчисли по формулата за плътност ρ = m / V е по-малка от плътността на морската вода.
Ако използваме концепцията за плаваемост и гравитация, корабите плават, защото плаваемостта е по-голяма от гравитацията на кораба.
Как се гмуркат подводниците
За да плава, плътността на подводницата трябва да е по-малка от плътността на морската вода. По същия начин, подводницата може да се гмурка, ако плътността ѝ е по-голяма или равна на плътността на морската вода. Обемът на подводницата е един и същ, така че за да може тя да се гмурка и да плава, плътността на подводницата може да се промени чрез поставяне на вода и въздух в баластните танкове. Ако искате да се гмуркате, сложете вода в баластния танк, а ако искате да изплува на повърхността, водата се отстранява от танка и в него се вкарва въздух.
Използвайки концепциите за плаваемост и гравитация, подводницата може да се носи по вода, ако силата на плаваемост е по-голяма от гравитацията на подводницата. Подводницата може да се гмурка, ако гравитацията на кораба е по-голяма от силата на плаваемост, упражнявана от морската вода върху подводницата.
Защо и как балоните с горещ въздух могат да летят
Балоните летят във въздуха, защото вътре в балона има газ, чиято плътност е по-малка от плътността на околния въздух. От друга страна, ако плътността на газа в балона е същата като плътността на въздуха около него, балонът пада на земята и не лети на високо място.
Използвайки концепцията за плаваемост, балон с горещ въздух се издига, защото силата на плаваемост е по-голяма от гравитацията на балона. Балонът пада на земята, когато гравитацията на балона е по-голяма от силата на плаваемост, упражнявана от въздуха върху балона.
V. ПРИМЕРНИ ВЪПРОСИ
5.1. Теглото на товара във въздух е 5 N, теглото на товара, измерено в течност, е 4 N. Колко голяма е силата на изтласкване?
Дискусия
Известно е:
Тегло на товара във въздуха (w) = 5 N
Тегло на товара във вода (wF) = 4 Н
Попитано: Сила на плаваемост (FA)
Джаваб:
Когато се измерва в течност, част от теглото на товара се губи поради силата на плаваемост. Големината на силата на плаваемост = разликата между теглото на товара във въздуха и теглото на товара в течността.
FA = 5 – 4 = 1 нютона
5.2. Съд, пълен с вода, е напълнен с камък, в резултат на което част от водата се разлива. Обемът на разлятата вода е 0,1 м³3.. Плътност на водата = 1000 кг/м³3, Ускорение на гравитацията 10 m/s2Каква е силата на изтласкване, която водата упражнява върху скалата?
Дискусия
Известно е:
Обем на разлятата вода (V) = 0,1 м³3
Плътност на водата (ρ) = 1000 кг/м3
Ускорение на гравитацията (g) = 10 m/s2
Попитано: Сила на плаваемост (FA)
Джаваб:
FA = ρ g V = (1000)(10)(0,1) = 1000 N
5.3. Когато даден предмет се постави в контейнер, пълен с морска вода, част от морската вода се разлива с 0,2 м.3Плътност на морската вода = 1025 kg/m³3Ускорението на гравитацията е 10 м/с2Изчислете теглото на изместената/разлята морска вода.
Дискусия
Известно е:
Обем (V) = 0,2 м3
Плътност на морската вода (ρ) = 1025 kg/m³3.
Ускорение на гравитацията (g) = 10 m/s2
Попитано: Тегло на изместената/разлята морска вода
Джаваб:
Законът на Архимед гласи, че големината на плаващата сила = теглото на изместената/разлята морска вода
FA = ρ g V = (1025)(10)(0,2) = 2050 N
5.4. Метал тежи 100 N, когато се измерва във въздух, и 80 N, когато се измерва във вода. Какъв е обемът на метала? Плътността на водата = 1000 kg/m³3, ускорение на гравитацията = 10 m/s2.
Дискусия
Известно е:
Тегло във въздуха (w) = 100 N
Тегло във вода (w)f) = 80 Н
Плътност на водата (ρ) = 1000 кг/м3
Ускорение на гравитацията (g) = 10 m/s2
Попитано: Обем на метала
Джаваб:
FA = 100 – 80 = 20 Н
FA = ρ g V
20 = (1000)(10) V
20 = 10.000 V
5.5. Предмет с тегло 20 N е поставен в течност. Ако силата на изтласкване е 30 N, потъва ли, плава ли или се носи по течението предметът?
Дискусия
Силата на плаваемост е по-голяма от теглото на обекта, FA > w, така че обектът да плава.
Обект потъва, ако силата на плаваемост е по-малка от теглото на обекта (FA < w)
VI. ПРАКТИЧЕСКИ ВЪПРОСИ И КЛЮЧОВЕ С ОТГОВОРИ
https://gurumuda.net/soal-ujian/soal-latihan-hukum-archimedes
VII. ВЪПРОСИ ЗА ФОРМАТИВЕН ТЕСТ
https://gurumuda.net/soal-ujian/tes-formatif-hukum-archimedes
????
