Архимед заңы бойынша оқу материалдары негізгі құзыреттіліктер мен құзыреттілік жетістіктерінің көрсеткіштерінен, оқу материалдарынан, үлгі сұрақтардан, жаттығу сұрақтарынан және қалыптастырушы тесттерден тұрады.
A. Негізгі құзыреттер
3.1 Статикалық сұйықтықтардың заңдарын күнделікті өмірде қолдану
4.1 Статикалық сұйықтықтардың қасиеттерін пайдаланатын эксперименттерді жобалау және жүргізу, соның ішінде эксперименттік нәтижелерді және оларды пайдалануды ұсыну.
B. Құзыреттілік жетістіктерінің көрсеткіштері
1. Қалқымалылық ұғымын, Архимед заңын және қалқымалылық, қалықтау, бату ұғымдарын есте сақтау (C1), түсіну (C2), қолдану (C3), талдау (C4) және қорытынды жасау (C5).
2. Судың қалқып жүруі және Архимед заңы туралы (C4) сұрақтарды шешіңіз және түзетіңіз (C6).
3. Архимед заңы бойынша тәжірибені (P2) орындаңыз
4. (P3) көрсетіңіз және (P5) қалқымалы күшін және Архимед заңын анықтаңыз
АРХИМЕД ЗАҢЫ
I. КІРІСПЕ
Сіз кемеде болдыңыз ба? Массасы өте үлкен кеме батып кетпейді, ал кішкентай, жеңіл тас батып кетуі мүмкін. Неліктен бұлай?
Сол жақтағы сурет не екенін білесіз бе? Сүңгуір қайық - теңіз бетінде қалқып жүре алатын және су астына сүңги алатын кеме. Сүңгуір қайық қалай қалқып, сүңгиді?
Оң жақтағы суретте не көріп тұрсыз? Әуе шарлары биік биіктікте ұша алады. Неліктен әуе шарлары ұшады және әуе шарын қалай ұшыруға болады?
Кемелер теңіз бетінде қалқып, су астына сүңги алады, дәл шарлар атмосферада, яғни ауада қалқып жүргендей. Мұны түсіну үшін алдымен Архимед заңын түсіну керек. Архимед заңын түсіну үшін алдымен қалқып жүру ұғымын түсіну керек.
Сурет көзі: Google.com
II. ҚАЛҚЫП ЖҮРУ КҮШІ
Құрлықта көтерілген тас па, әлде суда көтерілген тас па, қайсысы жеңіл сезіледі? Егер сіз мұны ешқашан бастан кешірмеген болсаңыз, бұл сұраққа жауап беру үшін қолданып көруіңіз керек. Құрлықта көтерілген тас ауырырақ, бірақ сол тас суда жеңілірек көтеріледі. Бұл қалқыту күшіне байланысты.
Зат сұйықтыққа батырылған кезде, заттың үстіндегі сұйықтық пен оның астындағы сұйықтық арасында қысым айырмашылығы болады. Заттың астындағы сұйықтықтың қысымы заттың үстіндегі сұйықтыққа қарағанда жоғары болады. Қалқымалылық әртүрлі тереңдіктегі сұйықтық қысымының айырмашылығына байланысты пайда болады.
Суретте сұйықтықта қалқып жүрген зат көрсетілген. Сұйықтықтың астындағы сұйықтықтың қысымы заттың үстіндегі сұйықтыққа қарағанда үлкенірек, себебі заттың астындағы сұйықтық заттың үстіндегі сұйықтыққа қарағанда тереңірек (h2 > сағ1).
Сипаттамасы: FA = қалқыту күші, ρ = сұйықтықтың тығыздығы, g = ауырлық күшіне байланысты үдеу , V = сұйықтыққа батырылған заттың көлемі
Қалқымалы күш формуласындағы ρV тығыздық формуласындағы m-мен ауыстырыңыз :
Сипаттамасы: m = масса, g = гравитациялық үдеу, w = гравитация.
2-теңдеуге сүйене отырып, ығыстырушы күш (FA ) ығыстырылған сұйықтықтың салмағына (w) тең. Ығыстырылған сұйықтықтың көлемі сұйықтықтағы заттың көлеміне тең.
III. АРХИМЕД ЗАҢЫ
Зат сұйықтыққа толығымен немесе ішінара батырылған кезде, сұйықтық затқа жоғары қарай бағытталған күш (қалқыту күші) әсер етеді, мұндағы қалқыту күшінің шамасы ығыстырылған сұйықтықтың салмағына тең. Ығыстырылған сұйықтықтың көлемі сұйықтыққа батырылған заттың көлеміне тең.
IV. ҚАЛҚЫП ЖАТУ, ҚАЛҚЫП ЖАТУ, БАТУ
4.1 ҚАЛҚЫМАЛЫ
Нысан сұйықтық бетінде қалқып жүреді, егер:
1. Нысанның ауырлық күші ығыстырушы күштен (w < F A ) аз , немесе
2. Заттың тығыздығы сұйықтықтың тығыздығынан аз ( )
Егер ығыстырушы күш ауырлық күшінен үлкен болса, онда пайда болған күш нөлге тең емес, Ньютонның қозғалыс заңдарына сәйкес, зат жоғары қарай қозғалады. Бірақ шын мәнінде, зат сұйықтық бетінде тыныштықта болады. Ньютонның бірінші заңына сәйкес, егер зат тыныштықта болса, онда
ΣFy = 0
F A – w – F a = 0
F A = w + F a
F A = сұйықтықтың затқа әсер ететін ығыстыру күші, Fa = атмосфералық итеру күші , w = заттың салмағы.
4.2 ҚАЛҚЫМАЛЫ
Нысан сұйықтық бетінде қалқып жүреді, егер:
1. Заттың салмағы ығыстырушы күшпен бірдей (w = F A ), немесе
2. Заттың тығыздығы сұйықтықтың тығыздығымен бірдей ( )
Ньютонның бірінші заңы бойынша, егер дене тыныштықта болса, онда
Σ F y = 0
F A – w = 0
F A = w
4.3 Бату
1. Нысанның ауырлық күші қағып кету күшінен үлкен (w > F A ), немесе
2. Заттың тығыздығы сұйықтықтың тығыздығынан үлкен ( )
Ньютонның бірінші заңы бойынша, егер дене тыныштықта болса, онда
Σ F y = 0
w – F A – N = 0
w = FA + N
F A = сұйықтықтың затқа әсер ететін ығыстырушы күші, N = заттың табанының әсер ететін қалыпты күші , w = заттың ауырлық күші.
Неліктен кемелер қалқып жүреді?
Жоғарыдағы сипаттаманы зерттегеннен кейін, енді сіз сұраққа жауап беруге тырысасыз, неге үлкен массасы бар кеме теңізде жеңіл құм батып бара жатқанда батып кетпейді? Құм батады, себебі құмның тығыздығы теңіз суының тығыздығынан жоғары. Кеме темірден тұрса да, оның тығыздығы теңіз суының тығыздығынан жоғары болса да (темірдің тығыздығы 7874 кг/м3 , теңіз суының тығыздығы 1025 кг/м3 ) , бірақ кеменің көлемі өте үлкен, сондықтан тығыздық формуласын ρ = m/V пайдаланып есептегенде, кеменің тығыздығы теңіз суының тығыздығынан аз болады.
Егер біз қалқып жүру және ауырлық күші ұғымдарын қолдансақ, кемелер қалқып жүреді, себебі қалқып жүру күші кеменің ауырлық күшінен үлкен.
Сүңгуір қайықтар қалай сүңгиді
Қалқып жүру үшін сүңгуір қайықтың тығыздығы теңіз суының тығыздығынан аз болуы керек, сол сияқты, сүңгуір қайықтың тығыздығы теңіз суының тығыздығынан үлкен немесе тең болса, сүңги алады. Сүңгуір қайықтың көлемі бірдей, сондықтан оның сүңгіп, қалқып жүруі үшін сүңгуір қайықтың тығыздығын балласт бактарына су мен ауа құю арқылы өзгертуге болады. Егер сіз сүңгіңіз келсе, балласт бакына су құйыңыз, ал егер сіз бетіне қалқып шыққыңыз келсе, бактан су алынып, бакқа ауа құйылады.
Қалқымалылық және ауырлық күші ұғымдарын қолдана отырып, егер қалқымалылық күші сүңгуір қайықтың ауырлық күшінен үлкен болса, сүңгуір қайық жүзе алады. Егер кеменің ауырлық күші теңіз суының сүңгуір қайыққа әсер ететін қалқымалы күшінен үлкен болса, сүңгуір қайық сүңги алады.
Неліктен және қалай ыстық әуе шарлары ұша алады
Шарлар ауада ұшады, себебі шардың ішінде тығыздығы айналасындағы ауаның тығыздығынан аз газ бар. Екінші жағынан, егер шардың ішіндегі газдың тығыздығы айналасындағы ауаның тығыздығымен бірдей болса, шар жерге құлап, биік жерге ұшпайды.
Қалқымалылық ұғымын қолдана отырып, ыстық әуе шары көтеріледі, себебі қалықтау күші шардың ауырлық күшінен үлкен. Шардың ауырлық күші шарға әсер ететін қалықтау күшінен үлкен болған кезде, шар жерге құлайды.
V. МЫСАЛ СҰРАҚТАР
5.1. Ауадағы жүктің салмағы 5 Н, ал сұйықтықта өлшенгендегі жүктің салмағы 4 Н. Қалқыту күші қандай?
Талқылау
Белгілі:
Ауадағы жүктің салмағы (w) = 5 Н
Судағы жүктің салмағы (w F ) = 4 N
Сұрақ қойылды: Қалқымалы күш ( FA )
Жауап:
Сұйықтықта өлшенгенде, жүктің салмағының бір бөлігі қалқыту күшінің әсерінен жоғалады. Қалқыту күшінің шамасы = ауадағы жүктің салмағы мен сұйықтықтағы жүктің салмағы арасындағы айырмашылық.
F A = 5 – 4 = 1 Ньютон
5.2. Суға толы ыдысқа тас салынған, сонда судың бір бөлігі төгіледі. Төгілген судың көлемі 0,1 м3 . Судың тығыздығы = 1000 кг/м3 , ауырлық күшінің әсерінен үдеу 10 м/с2 . Су тасқа қандай ығыстырушы күш әсер етеді?
Талқылау
Белгілі:
Төгілген су көлемі (V) = 0,1 м 3
Судың тығыздығы ( ρ ) = 1000 кг/ м³
Ауырлық күшінің әсерінен үдеу (г) = 10 м/с 2
Сұрақ қойылды: Қалқымалы күш ( FA )
Жауап:
F A = ρ g V = (1000)(10)(0,1) = 1000 Н
5.3. Затты теңіз суы толтырылған ыдысқа салған кезде, теңіз суының бір бөлігі 0,2 м3 дейін төгіледі . Теңіз суының тығыздығы = 1025 кг/м3 . Ауырлық күшінің әсерінен үдеу 10 м/с2 . Ығыстырылған/төгілген теңіз суының салмағын есептеңіз.
Талқылау
Белгілі:
Көлемі (V) = 0,2 м 3
Теңіз суының тығыздығы (ρ) = 1025 кг/ м³.
Ауырлық күшінің әсерінен үдеу (г) = 10 м/с 2
Сұрақ қойылды: Теңіз суының қозғалуының/төгілуінің салмағы
Жауап:
Архимед заңы бойынша, қалықтаушы күштің шамасы ығыстырылған/төгілген теңіз суының салмағына тең.
F A =ρ g V = (1025)(10)(0,2) = 2050 Н
5.4. Металл ауада өлшенгенде 100 Н, ал суда өлшенгенде 80 Н салмаққа ие. Металлдың көлемі қандай? Судың тығыздығы = 1000 кг/м³ , ауырлық күшінің әсерінен үдеу = 10 м/ с³.
Талқылау
Белгілі:
Ауадағы салмақ (w) = 100 Н
Судағы салмақ (w f ) = 80 Н
Судың тығыздығы ( ρ) = 1000 кг/ м³
Ауырлық күшінің әсерінен үдеу (г) = 10 м/с 2
Сұрақ қойылды: Металл көлемі
Жауап:
F A = 100 – 80 = 20 N
F A = ρ g V
20 = (1000)(10) В
20 = 10.000 В
5.5. Салмағы 20 Н зат сұйықтыққа салынған. Егер ығыстырушы күш 30 Н болса, зат бата ма, қалқып жүре ме, әлде қалқып жүре ме?
Талқылау
Қалқыту күші заттың салмағынан үлкен, F A > w, сондықтан зат қалқып жүреді.
Егер қағу күші заттың салмағынан аз болса (F A < w), зат батады.
VI. ЖАТТЫҒУ СҰРАҚТАРЫ МЕН ЖАУАП КІЛТТЕРІ
https://gurumuda.net/soal-ujian/soal-latihan-hukum-archimedes
VII. ҚАЛЫПТАСТЫРУ ТЕСТІНІҢ СҰРАҚТАРЫ
https://gurumuda.net/soal-ujian/tes-formatif-hukum-archimedes
🙂
