Undervisningsmaterialer Archimedes' lov består af grundkompetencer og indikatorer for kompetenceopnåelse, læringsmaterialer, eksempelspørgsmål, øvelsesspørgsmål og formative tests.
A. Grundlæggende kompetencer
3. 1 Anvendelse af statiske væskelove i hverdagen
4.1 Design og udførelse af eksperimenter, der udnytter statiske væskers egenskaber, herunder en præsentation af de eksperimentelle resultater og deres anvendelse.
B. Indikatorer for kompetenceopnåelse
1. At huske (C1), forstå (C2), anvende (C3), mAnalysér (C4) og konkludér (C5) begrebet opdrift, Archimedes' lov og begreberne flydende, svævende og synkende.
2. Løs (C4) og ret (C6) spørgsmål om opdrift og Archimedes' lov
3. Udførelse (P2) af eksperimentet hArchimedes' lov
4. Vis (P3) og bestem (P5) gder er flydende og hArchimedes' lov
ARKIMEDESE LOV
I. INDLEDNING
Har du nogensinde været på et skib? Et skib med en meget stor masse synker ikke, mens en lille, let sten kan. Hvorfor er det sådan?
Ved du, hvad billedet til venstre er? En ubåd er et skib, der kan flyde på havets overflade og også dykke under vandet. Hvordan flyder og dykker en ubåd?
Hvad ser du på billedet til højre? Varmluftsballoner kan flyve i store højder. Hvorfor kan balloner flyve, og hvordan flyver man en varmluftballon?
Skibe kan flyde på havets overflade og dykke ned under vandet, ligesom balloner kan svæve i atmosfæren, også kendt som luften. For at forstå dette skal du først forstå Archimedes' lovFor at du kan forstå Archimedes' lov, skal du først forstå konceptet Opdrift.
Billedkilde: Google.com
II. OPBYDNINGSKRAFT
Hvad føles lettere, en sten løftet på land eller den samme sten løftet i vand? Hvis du aldrig har oplevet dette før, bør du prøve det for at besvare dette spørgsmål. Det er tungere at løfte en sten på land, men den samme sten løftes lettere i vand. Dette skyldes opdriftskraften.
Når en genstand placeres i en væske, vil der være en trykforskel mellem væsken øverst på genstanden og væsken nederst på genstanden. Væsken nederst på genstanden har et større tryk end væsken øverst. på et objekt. Opdrift opstår på grund af forskelle i væsketryk i forskellige dybder.
På billedet ses en genstand flyde i en væske. Væsken under væsken har et større tryk end væsken over genstanden, fordi væsken under genstanden har en større dybde end væsken over genstanden (h2 > timer1).
Information : FA = opdriftskraft, ρ = væskens densitet, g = tyngdeacceleration, V = volumen af objekt nedsænket i væske
Erstatte ρV i opdriftskraftformlen med m i densitetsformlen:
Information : m = masse, g = tyngdeacceleration, w = tyngdekraft.
Baseret på ligning 2, opdriftskraften (FA) er lig med vægten (w) af den fortrængte væske. VVolumenet af fortrængt væske er det samme som volumenet af objektet i væsken.
III. ARKIMEDESE LOV
Når en genstand er helt eller delvist nedsænket i en væske, udøver væsken en opadgående kraft (opdrift) på genstanden, hvor størrelsen af opdriftskraften er lig med vægten af den fortrængte væske. Volumen af den fortrængte væske er lig med volumen af den genstand, der er nedsænket i væsken.
IV. FLYDENDE, FLYDENDE, SYNKE
4.1 FLYDENDE
En genstand flyder på overfladen af en væske, hvis:
1. Vægten af en genstand mindre end opdriftskraft (w < FA), eller
2. Objektets densitet er mindre end væskens densitet ()
Hvis opdriftskraften er større end tyngdekraften, er den resulterende kraft ikke nul. Ifølge Newtons bevægelseslove vil objektet bevæge sig opad. Men i virkeligheden er objektet i hvile på væskens overflade. Ifølge Newtons første lov, hvis et objekt er i hvile, så
ΣFy = 0
FA – w – Fa = 0
FA = w + Fa
FA = opdriftskraft udøvet af væsken på objektet, Fa = atmosfærisk tryk, w = objektets vægt.
4.2 FLYDENDE
En genstand flyder på overfladen af en væske, hvis:
1. Vægten af en genstand sammen med Opdriftskraft (w = FA), eller
2. Objektets densitet er den samme som væskens densitet ()
Ifølge Newtons første lov, hvis et objekt er i hvile, så
ΣFy = 0
FA – w = 0
FA = w
4.3 SYNKNING
1. Vægten af en genstand større end opdriftskraft (w > FA), eller
2. Objektets densitet er større end væskens densitet ()
Ifølge Newtons første lov, hvis et objekt er i hvile, så
ΣFy = 0
w – FA – N = 0
w = FA + N
FA = opdriftskraft udøvet af væsken på objektet, N = normalkraft udøvet af basen på objektet, w = objektets vægt.
Hvorfor flyder skibe?
Efter at have studeret forklaringen ovenfor, forsøger du nu at besvare spørgsmålet, hvorfor et skib med en stor masse ikke synker, mens let sand synker i havet? Sand synker, fordi sandets densitet er større end havvandets densitet. Skibe har derimod, selvom de er lavet af jern, en densitet, der er større end havvandets densitet (jernets densitet er 7874 kg/m³).3 , havvandets densitet er 1025 kg/m3), men skibets volumen er så stor, at skibets densitet, hvis den beregnes ved hjælp af densitetsformlen ρ = m / V er mindre end havvandets densitet.
Hvis vi bruger begreberne opdrift og tyngdekraft, flyder skibe, fordi opdriften er større end skibets tyngdekraft.
Hvordan ubåde dykker
For at en ubåd kan flyde, skal dens densitet være mindre end havvandets densitet, og ligeledes kan en ubåd dykke, hvis dens densitet er større end eller lig med havvandets densitet. En ubåds volumen er den samme, så for at den kan dykke og flyde, kan dens densitet ændres ved at hælde vand og luft i ballasttankene. Hvis du vil dykke, hældes vand i ballasttanken, og hvis du vil flyde op til overfladen, fjernes vandet fra tanken, og luft hældes i tanken.
Ved at bruge koncepterne opdrift og tyngdekraft kan en ubåd flyde, hvis opdriftskraften er større end ubådens tyngdekraft. En ubåd kan dykke, hvis skibets tyngdekraft er større end den opdriftskraft, som havvandet udøver på ubåden.
Hvorfor og hvordan varmluftballoner kan flyve
Balloner flyver i luften, fordi der inde i ballonen er gas, hvis densitet er mindre end densiteten af luften omkring den. Hvis densiteten af gassen inde i ballonen derimod er den samme som densiteten af luften omkring den, falder ballonen til jorden og flyver ikke til et højt sted.
Ved at bruge konceptet opdrift stiger en varmluftballon, fordi opdriftskraften er større end ballonens tyngdekraft. Ballonen falder til jorden, når ballonens tyngdekraft er større end den opdriftskraft, som luften udøver på ballonen.
V. EKSEMPELSPØRGSMÅL
5.1. Lastens vægt i luft er 5 N, lastens vægt målt i væske er 4 N. Hvor stor er opdriftskraften?
Diskussion
Det er kendt:
Lastens vægt i luft (w) = 5 N
Lastens vægt i vand (w)F) = 4 N
Spurgte: Opdriftskraft (FA)
Jawab:
Når man måler i en væske, går noget af lastens vægt tabt på grund af opdriftskraften. Størrelsen af opdriftskraften = forskellen mellem lastens vægt i luft og lastens vægt i væsken.
FA = 5 – 4 = 1 Newton
5.2. En beholder fuld af vand fyldes med en sten, hvilket får noget af vandet til at løbe ud. Rumfanget af det spildte vand er 0,1 m³3.. Vandets densitet = 1000 kg/m²3, Tyngdeacceleration 10 m/s2Hvor meget opdriftskraft udøver vandet på klippen?
Diskussion
Det er kendt:
Volumen af spildt vand (V) = 0,1 m³3
Vandets densitet (ρ) = 1000 kg/m²3
Tyngdeacceleration (g) = 10 m/s2
Spurgte: Opdriftskraft (FA)
Jawab:
FA = ρ g V = (1000)(10)(0,1) = 1000 N
5.3. Når en genstand placeres i en beholder fyldt med havvand, spildes noget af havvandet ud med 0,2 m3Havvandets densitet = 1025 kg/m3Tyngdeaccelerationen er 10 m/s2Beregn vægten af det fortrængte/spildte havvand.
Diskussion
Det er kendt:
Volumen (V) = 0,2 m3
Havvandets densitet (ρ) = 1025 kg/m²3.
Tyngdeacceleration (g) = 10 m/s2
Spurgte: Vægt af fortrængt/udslipt havvand
Jawab:
Archimedes' lov siger, at størrelsen af opdriftskraften = vægten af det forskudte/spildte havvand
FA = ρ g V = (1025)(10)(0,2) = 2050 N
5.4. Et metal vejer 100 N målt i luft og 80 N målt i vand. Hvad er metalets volumen? Vandets densitet = 1000 kg/m²3, tyngdeacceleration = 10 m/s2.
Diskussion
Det er kendt:
Vægt i luft (w) = 100 N
Vægt i vand (w)f) = 80 N
Vandets densitet (ρ) = 1000 kg/m²3
Tyngdeacceleration (g) = 10 m/s2
Spurgte: Metalvolumen
Jawab:
FA = 100 – 80 = 20 N
FA = ρ g V
20 = (1000)(10) V
20 = 10.000 V
5.5. En genstand, der vejer 20 N, placeres i en væske. Hvis opdriftskraften er 30 N, synker, flyder eller flyder genstanden så?
Diskussion
Opdriftskraften er større end objektets vægt, FA > w, så objektet flyder.
En genstand synker, hvis opdriftskraften er mindre end genstandens vægt (FA <v)
VI. ØVELSESSPØRGSMÅL OG SVAR
https://gurumuda.net/soal-ujian/soal-latihan-hukum-archimedes
VII. FORMATIVE TESTSPØRGSMÅL
https://gurumuda.net/soal-ujian/tes-formatif-hukum-archimedes
🙂
