Læremateriellet i Arkimedes' lov består av grunnleggende kompetanser og kompetanseoppnåelsesindikatorer, læringsmateriell, eksempelspørsmål, øvingsspørsmål og formative tester.
A. Grunnleggende kompetanser
3.1 Anvendelse av lovene for statiske væsker i hverdagen
4.1 Utforme og gjennomføre eksperimenter som utnytter egenskapene til statiske væsker, inkludert en presentasjon av de eksperimentelle resultatene og deres anvendelse.
B. Indikatorer for kompetanseoppnåelse
1. Huske (C1), forstå (C2), anvende (C3), analysere (C4) og konkludere (C5) med konseptet oppdrift, Arkimedes' lov og konseptene flyte, sveve og synke
2. Løs (C4) og rett (C6) spørsmål om oppdrift og Arkimedes' lov
3. Utfør (P2) eksperimentet med Arkimedes' lov
4. Vis (P3) og bestem (P5) oppdriftskraften og Arkimedes' lov
ARKIMEDESE LOV
I. INNLEDNING
Har du noen gang vært på et skip? Et skip med en veldig stor masse synker ikke, mens en liten, lett stein kan. Hvorfor er det slik?
Vet du hva bildet til venstre er? En ubåt er et skip som kan flyte på havoverflaten og også dykke under vann. Hvordan flyter og dykker en ubåt?
Hva ser du på bildet til høyre? Varmluftsballonger kan fly i store høyder. Hvorfor flyr ballonger, og hvordan flyr man en varmluftsballong?
Skip kan flyte på havoverflaten og dykke under vann, akkurat som ballonger kan flyte i atmosfæren, også kjent som luften. For å forstå dette må du først forstå Arkimedes' lov . For å forstå Arkimedes' lov må du først forstå konseptet oppdrift.
Bildekilde: Google.com
II. OPPDREVEKRAFTEN
Hva føles lettere, en stein løftet på land eller den samme steinen løftet i vann? Hvis du aldri har opplevd dette, bør du prøve det for å svare på dette spørsmålet. Det er tyngre å løfte en stein på land, men den samme steinen løftes lettere i vann. Dette skyldes oppdriftskraften.
Når en gjenstand er nedsenket i en væske, vil det være en trykkforskjell mellom væsken over gjenstanden og væsken under den. Væsken under gjenstanden har et høyere trykk enn væsken over gjenstanden. Oppdrift oppstår på grunn av forskjellen i væsketrykk på forskjellige dybder.
På bildet sees et objekt flytende i en væske. Væsken under væsken har et større trykk enn væsken over objektet, fordi væsken under objektet har en større dybde enn væsken over objektet (h2 > t1).
Beskrivelse: FA = oppdriftskraft, ρ = væskens tetthet, g = tyngdeakselerasjon , V = volumet av objektet som er nedsenket i væsken
Erstatt ρV i formelen for oppdriftskraft med m i tetthetsformelen:
Beskrivelse: m = masse, g = gravitasjonsakselerasjon, w = tyngdekraft.
Basert på ligning 2 er oppdriftskraften (FA ) lik vekten (w) av den fortrengte væsken. Volumet av den fortrengte væsken er lik volumet av objektet i væsken.
III. ARKIMEDESE LOV
Når en gjenstand er helt eller delvis nedsenket i en væske, utøver væsken en oppadgående kraft (oppdrift) på gjenstanden, hvor størrelsen på oppdriftskraften er lik vekten av den fortrengte væsken. Volumet av den fortrengte væsken er lik volumet av gjenstanden som er nedsenket i væsken.
IV. FLYTENDE, FLYTENDE, SYNKENDE
4.1 FLYTENDE
En gjenstand flyter på overflaten av en væske hvis:
1. Objektets tyngdekraft er mindre enn oppdriftskraften (w < F A ), eller
2. Objektets tetthet er mindre enn væskens tetthet ()
Hvis oppdriftskraften er større enn tyngdekraften, er ikke den resulterende kraften null. I følge Newtons bevegelseslover vil objektet bevege seg oppover. Men i virkeligheten er objektet i ro på væskeoverflaten. I følge Newtons første lov, hvis et objekt er i ro, så
ΣFy = 0
F A – w – F a = 0
F A = w + F a
F A = oppdriftskraften som væsken utøver på objektet, Fa = atmosfærisk skyvekraft , w = objektets vekt.
4.2 FLYTENDE
En gjenstand flyter på overflaten av en væske hvis:
1. Vekten av objektet er den samme som oppdriftskraften (w = F A ), eller
2. Objektets tetthet er den samme som væskens tetthet ()
I følge Newtons første lov, hvis et objekt er i ro, så
Σ F y = 0
F A – w = 0
F A = w
4.3 SENKING
1. Objektets tyngdekraft er større enn oppdriftskraften (w > F A ), eller
2. Objektets tetthet er større enn væskens tetthet ()
I følge Newtons første lov, hvis et objekt er i ro, så
Σ F y = 0
w – F A – N = 0
w = FA + N
FA = oppdriftskraften som væsken utøver på objektet, N = normalkraften som basen utøver på objektet , w = objektets tyngdekraft.
Hvorfor flyter skip?
Etter å ha studert beskrivelsen ovenfor, prøver du nå å svare på spørsmålet: Hvorfor synker ikke et skip med stor masse mens lett sand synker i havet? Sand synker fordi tettheten til sand er større enn tettheten til sjøvann. Selv om et skip er laget av jern, har det en tetthet som er større enn tettheten til sjøvann (jernets tetthet er 7874 kg/m³ , mens sjøvannets tetthet er 1025 kg/m³ ) , er skipets volum veldig stort, slik at skipets tetthet, hvis den beregnes ved hjelp av tetthetsformelen ρ = m/V, er verdien mindre enn tettheten til sjøvann.
Hvis vi bruker konseptene oppdrift og tyngdekraft, flyter skip fordi oppdriften er større enn skipets tyngdekraft.
Hvordan ubåter dykker
For å kunne flyte, må tettheten til en ubåt være mindre enn tettheten til sjøvann. På samme måte kan en ubåt dykke hvis tettheten er større enn eller lik tettheten til sjøvann. Volumet til en ubåt er det samme, så for at den skal kunne dykke og flyte, kan ubåtens tetthet endres ved å fylle vann og luft i ballasttankene. Hvis du vil dykke, fyller du vann i ballasttanken, og hvis du vil flyte til overflaten, fjernes vannet fra tanken og luft fylles i tanken.
Ved å bruke konseptene oppdrift og tyngdekraft, kan en ubåt flyte hvis oppdriftskraften er større enn ubåtens tyngdekraft. En ubåt kan dykke hvis skipets tyngdekraft er større enn oppdriftskraften som sjøvannet utøver på ubåten.
Hvorfor og hvordan varmluftsballonger kan fly
Ballonger flyr i luften fordi det inni ballongen er gass som har en tetthet som er mindre enn tettheten til luften rundt den. På den annen side, hvis tettheten til gassen inni ballongen er den samme som tettheten til luften rundt den, faller ballongen til bakken og flyr ikke til et høyt sted.
Ved å bruke konseptet oppdrift, stiger en varmluftsballong fordi oppdriftskraften er større enn ballongens tyngdekraft. Ballongen faller til bakken når ballongens tyngdekraft er større enn oppdriftskraften som luften utøver på ballongen.
V. EKSEMPELSPØRSMÅL
5.1. Lastens vekt i luft er 5 N, lastens vekt målt i væske er 4 N. Hvor stor er oppdriftskraften?
Diskusjon
Det er kjent:
Lastens vekt i luft (w) = 5 N
Lastens vekt i vann (w F ) = 4 N
Spurt: Oppdriftskraft ( FA )
Jawab:
Når den måles i en væske, går noe av lastens vekt tapt på grunn av oppdriftskraften. Størrelsen på oppdriftskraften = forskjellen mellom lastens vekt i luft og lastens vekt i væsken.
F A = 5 – 4 = 1 Newton
5.2. En beholder full av vann, en stein settes inn slik at noe av vannet søles. Volumet av sølt vann er 0,1 m³ . Vanntetthet = 1000 kg/m³ , Tyngdeakselerasjon 10 m/s² . Hvor mye oppdriftskraft utøver vannet på steinen?
Diskusjon
Det er kjent:
Vannsølvolum (V) = 0,1 m³
Vanntetthet ( ρ ) = 1000 kg/ m³
Tyngdekraftakselerasjon (g) = 10 m/ s²
Spurt: Oppdriftskraft ( FA )
Jawab:
FA = ρ g V = (1000)(10)(0,1) = 1000 N
5.3. Når en gjenstand plasseres i en beholder full av sjøvann, renner noe av sjøvannet ut så mye som 0,2 m³ . Tettheten av sjøvann = 1025 kg/m³ . Tyngdeakselerasjonen er 10 m/s² . Beregn vekten av det fortrengte/sølte sjøvannet.
Diskusjon
Det er kjent:
Volum (V) = 0,2 m³
Tettheten av sjøvann (ρ) = 1025 kg/ m³.
Tyngdekraftakselerasjon (g) = 10 m/ s²
Spurt: Vekt av sjøvann flyttet/sølt
Jawab:
Arkimedes' lov sier at størrelsen på oppdriftskraften = vekten av det fortrengte/sølte sjøvannet
FA = ρ g V = (1025)(10)(0,2) = 2050 N
5.4. Et metall veier 100 N målt i luft og 80 N målt i vann. Hva er volumet til metallet? Vanntetthet = 1000 kg/m³ , tyngdeakselerasjon = 10 m/ s².
Diskusjon
Det er kjent:
Vekt i luft (w) = 100 N
Vekt i vann (w f ) = 80 N
Vanntetthet ( ρ) = 1000 kg/ m³
Tyngdekraftakselerasjon (g) = 10 m/ s²
Spurt: Volum av metall
Jawab:
F A = 100 – 80 = 20 N
F A = ρ g V
20 = (1000)(10) V
20 = 10.000 V
5.5. En gjenstand som veier 20 N plasseres i en væske. Hvis oppdriftskraften er 30 N, synker, flyter eller flyter gjenstanden?
Diskusjon
Oppdriftskraften er større enn vekten av objektet, F A > w, så objektet flyter.
En gjenstand synker hvis oppdriftskraften er mindre enn gjenstandens vekt (FA < w)
VI. ØVINGSSPØRSMÅL OG SVAR
https://gurumuda.net/soal-ujian/soal-latihan-hukum-archimedes
VII. FORMATIVE TESTSPØRSMÅL
https://gurumuda.net/soal-ujian/tes-formatif-hukum-archimedes
????
