Nastavni materijali za Arhimedov zakon sastoje se od osnovnih kompetencija i indikatora postignuća kompetencija, materijala za učenje, primjera pitanja, vježbenih pitanja i formativnih testova.
A. Osnovne kompetencije
3.1 Primjena zakona statičkih fluida u svakodnevnom životu
4.1 Osmišljavanje i provođenje eksperimenata koji koriste svojstva statičkih fluida, uključujući prezentaciju eksperimentalnih rezultata i njihove upotrebe.
B. Pokazatelji postignuća kompetencija
1. Prisjećanje (C1), razumijevanje (C2), primjena (C3), analiziranje (C4) i zaključivanje (C5) koncepta uzgona, Arhimedovog zakona i koncepta plutanja, lebdenja, tonjenja
2. Riješite (C4) i ispravite (C6) zadatke o uzgonu i Arhimedovom zakonu
3. Izvedite (P2) eksperiment o Arhimedovom zakonu
4. Prikažite (P3) i odredite (P5) silu uzgona i Arhimedov zakon
ARHIMEDOV ZAKON
I. UVOD
Jeste li ikada bili na brodu? Brod sa veoma velikom masom ne potone, dok mala, lagana stijena može. Zašto je to tako?
Znate li šta je na slici lijevo? Podmornica je brod koji može plutati na površini mora, a također i roniti pod vodom. Kako podmornica pluta i roni?
Šta vidite na slici desno? Baloni na vrući zrak mogu letjeti na velikim visinama. Zašto baloni lete i kako se leti balonom na vrući zrak?
Brodovi mogu plutati na površini mora i roniti pod vodom, baš kao što baloni mogu plutati u atmosferi, tj. zraku. Da biste ovo razumjeli, prvo morate razumjeti Arhimedov zakon . Da biste razumjeli Arhimedov zakon, prvo morate razumjeti koncept uzgona.
Izvor slike: Google.com
II. SILA PLINA
Šta se osjeća lakše, kamen podignut na kopnu ili isti kamen podignut u vodi? Ako ovo nikada niste iskusili, trebali biste probati da biste odgovorili na ovo pitanje. Teže je podići kamen na kopnu, ali isti kamen je lakši kada se podigne u vodi. To je zbog sile uzgona.
Kada je objekt uronjen u tekućinu, postojat će razlika u pritisku između tekućine iznad objekta i tekućine ispod njega. Tekućina ispod objekta ima veći pritisak od tekućine iznad objekta. Uzgon nastaje zbog razlike u pritisku tekućine na različitim dubinama.
Na slici se vidi objekt kako pluta u tekućini. Tečnost ispod fluida ima veći pritisak od tekućine iznad objekta, jer tečnost ispod objekta ima veću dubinu od tekućine iznad objekta (h2 > h1).
Opis: FA = sila potiska, ρ = gustoća tekućine, g = ubrzanje uslijed gravitacije, V = zapremina objekta uronjenog u tekućinu
Zamijenite ρV u formuli za silu potiska sa m u formuli za gustoću:
Opis: m = masa, g = gravitacijsko ubrzanje, w = gravitacija.
Na osnovu jednačine 2, sila potiska (FA ) jednaka je težini (w) istisnute tekućine. Zapremina istisnute tekućine jednaka je zapremini objekta u tekućini.
III. ARHIMEDOV ZAKON
Kada je objekat potpuno ili djelimično uronjen u fluid, fluid djeluje na objekat silom uzgona (uzgon), pri čemu je veličina sile uzgona jednaka težini istisnutog fluida. Zapremina istisnutog fluida jednaka je zapremini objekta uronjenog u fluid.
IV. PLUTAJUĆI, PLUTAJUĆI, TONJUĆI
4.1 PLUTAJUĆI
Predmet pluta na površini tečnosti ako je:
1. Gravitacija objekta je manja od sile uzgona (w < F A ), ili
2. Gustoća objekta je manja od gustoće fluida ( )
Ako je sila uzgona veća od sile gravitacije, tada rezultantna sila nije nula, prema Newtonovim zakonima kretanja, objekt će se kretati prema gore. Ali u stvarnosti objekt miruje na površini tekućine. Prema Newtonovom prvom zakonu, ako objekt miruje, tada
ΣFy = 0
F A – w – F a = 0
F A = w + F a
F A = sila potiska koju tekućina vrši na objekt, Fa = atmosferski potisak , w = težina objekta.
4.2 PLUTAJUĆI
Predmet pluta na površini tečnosti ako je:
1. Gravitacija objekta je ista kao i sila uzgona (w = F A ), ili
2. Gustoća objekta je ista kao i gustoća fluida ( )
Prema Newtonovom prvom zakonu, ako objekt miruje, onda
Σ F y = 0
F A – w = 0
F A = w
4.3 POTONUĆE
1. Gravitacija objekta je veća od sile uzgona (w > F A ), ili
2. Gustoća objekta je veća od gustoće fluida ( )
Prema Newtonovom prvom zakonu, ako objekt miruje, onda
Σ F y = 0
w – F A – N = 0
w = FA + N
F A = sila potiska koju tekućina djeluje na objekt, N = normalna sila koju podloga djeluje na objekt , w = gravitacija objekta.
Zašto brodovi plutaju?
Nakon proučavanja gornjeg opisa, sada pokušavate odgovoriti na pitanje zašto brod velike mase ne tone, dok lagani pijesak tone u moru? Pijesak tone jer je gustoća pijeska veća od gustoće morske vode. Iako je brod sastavljen od željeza koje ima gustoću veću od gustoće morske vode (gustoća željeza je 7874 kg/m³ , gustoća morske vode je 1025 kg/m³ ) , zapremina broda je vrlo velika, tako da je gustoća broda, ako se izračuna pomoću formule gustoće ρ = m/V, vrijednost manja od gustoće morske vode.
Ako koristimo koncept uzgona i gravitacije, brodovi plutaju jer je uzgon veći od gravitacije broda.
Kako podmornice rone
Da bi plutala, gustoća podmornice mora biti manja od gustoće morske vode, slično tome, podmornica može roniti ako je njena gustoća veća ili jednaka gustoći morske vode. Zapremina podmornice je ista, tako da bi ronila i plutala, gustoća podmornice se može promijeniti ubacivanjem vode i zraka u balastne tankove. Ako želite roniti, stavite vodu u balastni tank, a ako želite isplivati na površinu, voda se uklanja iz tanka, a zrak se ubacuje u tank.
Koristeći koncept uzgona i gravitacije, podmornica može plutati ako je sila uzgona veća od gravitacije podmornice. Podmornica može zaroniti ako je gravitacija broda veća od sile uzgona koju morska voda vrši na podmornicu.
Zašto i kako baloni na vrući zrak mogu letjeti
Baloni lete u zraku jer se unutar balona nalazi plin čija je gustoća manja od gustoće zraka oko njega. S druge strane, ako je gustoća plina unutar balona ista kao i gustoća zraka oko njega, balon pada na tlo i ne leti na veliku visinu.
Koristeći koncept uzgona, balon na vrući zrak se diže jer je sila uzgona veća od gravitacije balona. Balon pada na tlo kada je gravitacija balona veća od sile uzgona koju zrak vrši na balon.
V. PRIMJERI PITANJA
5.1. Težina tereta u zraku je 5 N, težina tereta mjerena u tekućini je 4 N. Kolika je sila uzgona?
Diskusija
Poznato je:
Težina tereta u zraku (w) = 5 N
Težina tereta u vodi (w F ) = 4 N
Pitanje: Sila uzgona ( FA )
Odgovor:
Kada se mjeri u tekućini, dio težine tereta se gubi zbog sile uzgona. Veličina sile uzgona = razlika između težine tereta u zraku i težine tereta u tekućini.
F A = 5 – 4 = 1 Njutn
5.2. U posudu punu vode umetnut je kamen tako da se dio vode prospe. Zapremina prolivene vode je 0,1 m³ . Gustina vode = 1000 kg/m³ , Ubrzanje gravitacije 10 m/s² . Kolika je sila uzgona voda na kamen?
Diskusija
Poznato je:
Zapremina prolivene vode (V) = 0,1 m³
Gustoća vode ( ρ ) = 1000 kg/ m³
Ubrzanje usljed gravitacije (g) = 10 m/ s²
Pitanje: Sila uzgona ( FA )
Odgovor:
F A = ρ g V = (1000)(10)(0,1) = 1000 N
5.3. Kada se neki predmet stavi u posudu punu morske vode, dio morske vode se prolije i do 0,2 m³ . Gustoća morske vode = 1025 kg/m³ . Ubrzanje gravitacije je 10 m/s² . Izračunajte težinu istisnute/prolivene morske vode.
Diskusija
Poznato je:
Zapremina (V) = 0,2 m³
Gustoća morske vode (ρ) = 1025 kg/ m³.
Ubrzanje usljed gravitacije (g) = 10 m/ s²
Pitanje: Težina premještene/izlivene morske vode
Odgovor:
Arhimedov zakon kaže da je veličina sile uzgona jednaka težini istisnute/prolivene morske vode.
F A = ρ g V = (1025)(10)(0,2) = 2050 N
5.4. Metal teži 100 N kada se mjeri u zraku i 80 N kada se mjeri u vodi. Kolika je zapremina metala? Gustoća vode = 1000 kg/m³ , ubrzanje gravitacije = 10 m/ s².
Diskusija
Poznato je:
Težina u zraku (w) = 100 N
Težina u vodi (w f ) = 80 N
Gustoća vode ( ρ) = 1000 kg/ m³
Ubrzanje usljed gravitacije (g) = 10 m/ s²
Pitanje: Količina metala
Odgovor:
F A = 100 – 80 = 20 N
F A = ρ g V
20 = (1000)(10) V
20 = 10.000 V
5.5. Predmet mase 20 N se stavlja u tečnost. Ako je sila uzgona 30 N, da li predmet tone, pluta ili pluta?
Diskusija
Sila uzgona je veća od težine objekta, F A > w, tako da objekt pluta.
Predmet tone ako je sila uzgona manja od težine predmeta (F A < w)
VI. VJEŽBA - PITANJA I KLJUČEVI S ODGOVORIMA
https://gurumuda.net/soal-ujian/soal-latihan-hukum-archimedes
VII. PITANJA ZA FORMATIVNI TEST
https://gurumuda.net/soal-ujian/tes-formatif-hukum-archimedes
🙂
