Materiais didácticos Lei de Arquímedes consta de competencias básicas e indicadores de logro de competencias, materiais de aprendizaxe, preguntas de exemplo, preguntas prácticas e probas formativas.
A. Competencias básicas
3. 1 Aplicación das leis dos fluídos estáticos na vida cotiá
4.1 Deseñar e realizar experimentos que utilicen as propiedades de fluídos estáticos, incluíndo unha presentación dos resultados experimentais e a súa utilización.
B. Indicadores de logro de competencias
1. Recordar (C1), comprender (C2), aplicar (C3), manalizar (C4) e concluír (C5) o concepto de flotabilidade, a lei de Arquímedes e o concepto de flotación, suspensión no aire e afundimento
2. Resolver (C4) e corrixir (C6) cuestións sobre flotabilidade e a lei de Arquímedes
3. Realización (P2) do experimento hLei de Arquímedes
4. Mostrar (P3) e determinar (P5) ghai flotando e hLei de Arquímedes
LEI DE ARQUÍMEDES
I. INTRODUCIÓN
Estiveste algunha vez nun barco? Un barco cunha masa moi grande non se afunde, mentres que unha rocha pequena e lixeira si. Por que é así?
Sabes cal é a imaxe da esquerda? Un submarino é un barco que pode flotar na superficie do mar e tamén mergullarse baixo a auga. Como flota e mergullarse un submarino?
Que ves na imaxe da dereita? Os globos aerostáticos poden voar a grandes altitudes. Por que voan os globos e como se pilota un globo aerostático?
Os barcos poden flotar na superficie do mar e mergullarse baixo a auga, igual que os globos poden flotar na atmosfera, é dicir, no aire. Para entender isto, primeiro debes entender Lei de ArquímedesPara comprender a lei de Arquímedes, primeiro debes comprender o concepto Flotabilidade.
Fonte da imaxe: Google.com
II. FORZA DE FLOTACIÓN
Que se sente máis lixeiro, unha rocha levantada en terra ou a mesma rocha levantada na auga? Se nunca experimentaches isto, deberías probalo para responder a esta pregunta. É máis pesado levantar unha rocha en terra, pero a mesma rocha é máis lixeira levantada na auga. Isto débese á forza de flotación.
Cando se coloca un obxecto nun fluído, haberá unha diferenza de presión entre o fluído que está na parte superior do obxecto e o fluído que está na parte inferior. O fluído que está na parte inferior do obxecto ten unha presión maior que o fluído que está na parte superior. sobre un obxecto. A flotabilidade prodúcese debido ás diferenzas na presión dos fluídos a diferentes profundidades.
Na imaxe, vese un obxecto flotando nun líquido. O líquido debaixo do fluído ten unha presión maior que o líquido que está enriba do obxecto, porque o líquido debaixo do obxecto ten unha profundidade maior que o líquido que está enriba do obxecto (h2 > h1).
Información: FA = forza de flotación, ρ = densidade do líquido, g = aceleración da gravidade, V = volume do obxecto mergullado no líquido
Substituír ρV na fórmula da forza de flotación con m na fórmula da densidade:
Información: m = masa, g = aceleración debida á gravidade, w = gravidade.
Segundo a ecuación 2, a forza de flotación (FA) é igual ao peso (w) do fluído desprazado. VO volume de fluído desprazado é o mesmo que o volume do obxecto dentro do fluído.
III. A LEI DE ARQUÍMEDES
Cando un obxecto está total ou parcialmente mergullado nun fluído, o fluído exerce unha forza cara arriba (flotabilidade) sobre o obxecto, onde a magnitude da forza de flotabilidade é igual ao peso do fluído desprazado. O volume do fluído desprazado é igual ao volume do obxecto mergullado no fluído.
IV. FLOTAR, FLOTAR, AFUNDIR
4.1 FLOTANTE
Un obxecto flota na superficie dun fluído se:
1. O peso dun obxecto máis pequeno que a forza de flotabilidade (w < FA), ou
2. A densidade do obxecto é menor que a densidade do fluído ( )
Se a forza de flotación é maior que a forza da gravidade, entón a forza resultante non é cero; segundo as leis do movemento de Newton, o obxecto moverase cara arriba. Pero en realidade, o obxecto está en repouso na superficie do líquido. Segundo a primeira lei de Newton, se un obxecto está en repouso, entón
ΣFy = 0
FA – w – Fa = 0
FA = w + Fa
FA = forza de flotación exercida polo líquido sobre o obxecto, Fa = pulo atmosférico, w = o peso do obxecto.
4.2 FLOTANTE
Un obxecto flota na superficie dun fluído se:
1. O peso dun obxecto xunto con Forza de flotabilidade (w = FA), ou
2. A densidade do obxecto é a mesma que a densidade do fluído ( )
Segundo a primeira lei de Newton, se un obxecto está en repouso, entón
ΣFy = 0
FA – w = 0
FA = w
4.3 AFONDIMENTO
1. O peso dun obxecto máis grande que a forza de flotabilidade (w > FA), ou
2. A densidade do obxecto é maior que a densidade do fluído ( )
Segundo a primeira lei de Newton, se un obxecto está en repouso, entón
ΣFy = 0
w – FA – N = 0
w = FA +N
FA = forza de flotación exercida polo líquido sobre o obxecto, N = forza normal exercida pola base sobre o obxecto, w = o peso do obxecto.
Por que flotan os barcos?
Despois de estudar a explicación anterior, agora intenta responder á pregunta de por que un barco cunha gran masa non se afunde mentres que area lixeira se afunde no mar? A area afúndese porque a densidade da area é maior que a densidade da auga do mar. Mentres tanto, os barcos, aínda que están feitos de ferro, teñen unha densidade maior que a densidade da auga do mar (a densidade do ferro é de 7874 kg/m²).3 , a densidade da auga do mar é de 1025 kg/m3), pero o volume do barco é tan grande que a densidade do barco, se se calcula usando a fórmula da densidade ρ = m / V é menor que a densidade da auga do mar.
Se empregamos o concepto de flotabilidade e gravidade, os barcos flotan porque a flotabilidade é maior que a gravidade do barco.
Como se mergullan os submarinos
Para que flote, a densidade dun submarino debe ser menor que a densidade da auga do mar; do mesmo xeito, un submarino pode mergullarse se a súa densidade é maior ou igual á densidade da auga do mar. O volume dun submarino é o mesmo, polo que para que se mergulle e flote, a densidade do submarino pódese cambiar botando auga e aire nos tanques de lastre. Se queres mergullarte, a auga ponse nun tanque de lastre e, se queres flotar na superficie, a auga sácase do tanque e ponse aire dentro.
Usando o concepto de flotabilidade e gravidade, un submarino pode flotar se a forza de flotabilidade é maior que a gravidade do submarino. Un submarino pode mergullarse se a gravidade do barco é maior que a forza de flotabilidade exercida pola auga do mar sobre o submarino.
Por que e como poden voar os globos aerostáticos
Os globos voan no aire porque dentro do globo hai gas que ten unha densidade menor que a densidade do aire que o rodea. Por outra banda, se a densidade do gas dentro do globo é a mesma que a densidade do aire que o rodea, o globo cae ao chan e non voa a un lugar alto.
Usando o concepto de flotabilidade, un globo aerostático elévase porque a forza de flotabilidade é maior que a gravidade do globo. O globo cae ao chan cando a gravidade do globo é maior que a forza de flotabilidade exercida polo aire sobre o globo.
V. EXEMPLOS DE PREGUNTAS
5.1. O peso da carga no aire é de 5 N, o peso da carga medida en líquido é de 4 N. Cal é a forza de flotación?
Discusión
Sábese:
Peso da carga no aire (w) = 5 N
Peso da carga en auga (wF) = 4 N
Preguntou: Forza de flotabilidade (FA)
Resposta:
Cando se mide nun líquido, parte do peso da carga pérdese debido á forza de flotación. A magnitude da forza de flotación = a diferenza entre o peso da carga no aire e o peso da carga no líquido.
FA = 5 – 4 = 1 Newtons
5.2. Un recipiente cheo de auga énchese cunha pedra, o que fai que parte da auga se derrame. O volume da auga derramada é de 0,1 m3.. Densidade da auga = 1000 kg/m3, Aceleración da gravidade 10 m/s2Canta forza de flotación exerce a auga sobre a rocha?
Discusión
Sábese:
Volume de auga derramada (V) = 0,1 m3
Densidade da auga (ρ) = 1000 kg/m²3
Aceleración da gravidade (g) = 10 m/s2
Preguntou: Forza de flotabilidade (FA)
Resposta:
FA = ρ g V = (1000)(10)(0,1) = 1000 N
5.3. Cando se coloca un obxecto nun recipiente cheo de auga de mar, parte da auga de mar derrámase 0,2 m3Densidade da auga do mar = 1025 kg/m3A aceleración debida á gravidade é de 10 m/s2Calcula o peso da auga de mar desprazada/derramada.
Discusión
Sábese:
Volume (V) = 0,2 m³3
Densidade da auga do mar (ρ) = 1025 kg/m3.
Aceleración da gravidade (g) = 10 m/s2
Preguntou: Peso da auga de mar desprazada/derramada
Resposta:
A lei de Arquímedes establece que a magnitude da forza de flotación é igual ao peso da auga de mar desprazada/derramada.
FA = ρ g V = (1025)(10)(0,2) = 2050 N
5.4. Un metal pesa 100 N cando se mide no aire e 80 N cando se mide na auga. Cal é o volume do metal? A densidade da auga = 1000 kg/m3, aceleración da gravidade = 10 m/s2.
Discusión
Sábese:
Peso no aire (w) = 100 N
Peso en auga (w)f) = 80 N
Densidade da auga (ρ) = 1000 kg/m²3
Aceleración da gravidade (g) = 10 m/s2
Preguntou: Volume de metal
Resposta:
FA = 100 – 80 = 20 N
FA = ρgV
20 = (1000)(10) V
20 = 10.000 V
5.5. Un obxecto que pesa 20 N colócase nun líquido. Se a forza de flotación é de 30 N, o obxecto afúndese, flota ou flota?
Discusión
A forza de flotación é maior que o peso do obxecto, FA > w, de xeito que o obxecto flote.
Un obxecto afúndese se a forza de flotación é menor que o peso do obxecto (FA < w)
VI. PREGUNTAS PRÁCTICAS E RESPOSTAS
https://gurumuda.net/soal-ujian/soal-latihan-hukum-archimedes
VII. PREGUNTAS DA PROBA FORMATIVA
https://gurumuda.net/soal-ujian/tes-formatif-hukum-archimedes
🙂
