Výučbové materiály Archimedov zákon pozostáva zo základných kompetencií a ukazovateľov dosiahnutia kompetencií, vzdelávacích materiálov, vzorových otázok, praktických otázok a formatívnych testov.
A. Základné kompetencie
3. 1 Aplikácia zákonov statických tekutín v každodennom živote
4.1 Navrhovanie a vykonávanie experimentov využívajúcich vlastnosti statických kvapalín vrátane prezentácie experimentálnych výsledkov a ich využitia.
B. Ukazovatele dosiahnutia kompetencií
1. Zapamätanie si (C1), porozumenie (C2), uplatňovanie (C3), manalyzovať (C4) a vyvodiť závery (C5) o koncepte vztlaku, Archimedovom zákone a koncepte vznášania sa, vznášania sa a potápania
2. Vyriešte (C4) a opravte (C6) otázky týkajúce sa vztlaku a Archimedovho zákona
3. Vykonanie (P2) experimentu hArchimedov zákon
4. Ukážte (P3) a určte (P5) gsú plávajúce a hArchimedov zákon
ARCHIMEDOV ZÁKON
I. ÚVOD
Boli ste niekedy na lodi? Loď s veľmi veľkou hmotnosťou sa nepotopí, zatiaľ čo malá, ľahká skala áno. Prečo je to tak?
Viete, čo je na obrázku vľavo? Ponorka je loď, ktorá sa môže vznášať na hladine mora a tiež sa potápať pod vodou. Ako ponorka pláva a potápa sa?
Čo vidíte na obrázku vpravo? Teplovzdušné balóny môžu lietať vo vysokých nadmorských výškach. Prečo balóny lietajú a ako sa s teplovzdušným balónom lieta?
Lode sa môžu vznášať na hladine mora a potápať sa pod vodou, rovnako ako balóny sa môžu vznášať v atmosfére, teda vo vzduchu. Aby ste to pochopili, musíte najprv pochopiť Archimedov zákonAby ste pochopili Archimedov zákon, musíte najprv pochopiť jeho koncept. Vztlak.
Zdroj obrázka: Google.com
II. VZTLAKOVÁ SILA
Čo sa zdá byť ľahšie, kameň zdvihnutý na súši alebo ten istý kameň zdvihnutý vo vode? Ak ste to nikdy nezažili, mali by ste to skúsiť, aby ste odpovedali na túto otázku. Je ťažšie zdvihnúť kameň na súši, ale ten istý kameň je ľahší, keď ho zdvihnete vo vode. Je to kvôli vztlakovej sile.
Keď je predmet umiestnený v tekutine, vznikne tlakový rozdiel medzi tekutinou v hornej časti predmetu a tekutinou v spodnej časti predmetu. Tekutina v spodnej časti predmetu má väčší tlak ako tekutina v hornej časti. na predmete. Vztlak vzniká v dôsledku rozdielov v tlaku kvapaliny v rôznych hĺbkach.
Na obrázku je vidieť objekt plávajúci v kvapaline. Kvapalina pod kvapalinou má väčší tlak ako kvapalina nad objektom, pretože kvapalina pod objektom má väčšiu hĺbku ako kvapalina nad objektom (h2 > hod.1).
Informácie: FA = vztlaková sila, ρ = hustota kvapaliny, g = gravitačné zrýchlenie, V = objem telesa ponoreného v kvapaline
Nahradiť ρV vo vzorci pre vztlakovú silu s m vo vzorci pre hustotu:
Informácie: m = hmotnosť, g = gravitačné zrýchlenie, w = gravitácia.
Na základe rovnice 2 je vztlaková sila (FA) sa rovná hmotnosti (w) vytlačenej tekutiny. VObjem vytlačenej tekutiny je rovnaký ako objem objektu v tekutine.
III. ARCHIMEDOV ZÁKON
Keď je objekt úplne alebo čiastočne ponorený do kvapaliny, kvapalina pôsobí na objekt silou smerujúcou nahor (vztlak), pričom veľkosť vztlakovej sily sa rovná hmotnosti vytlačenej kvapaliny. Objem vytlačenej kvapaliny sa rovná objemu objektu ponoreného do kvapaliny.
IV. PLÁVANIE, PLÁVANIE, POPLAVANIE
4.1 PLÁVAJÚCI
Predmet pláva na hladine tekutiny, ak:
1. Hmotnosť predmetu menší než vztlaková sila (w < FA), alebo
2. Hustota objektu je menšia ako hustota kvapaliny ( )
Ak je vztlaková sila väčšia ako gravitačná sila, výsledná sila nie je nulová. Podľa Newtonových pohybových zákonov sa objekt bude pohybovať nahor. V skutočnosti je však objekt v pokoji na hladine kvapaliny. Podľa prvého Newtonovho zákona, ak je objekt v pokoji, potom
ΣFy = 0
FA – w – Fa = 0
FA = w + Fa
FA = vztlaková sila pôsobiaca kvapalinou na objekt, Fa = atmosférický ťah, w = hmotnosť predmetu.
4.2 PLÁVAJÚCE
Predmet pláva na hladine tekutiny, ak:
1. Hmotnosť predmetu spolu s Vztlaková sila (w = FA), alebo
2. Hustota objektu je rovnaká ako hustota kvapaliny ( )
Podľa prvého Newtonovho zákona, ak je objekt v pokoji, potom
ΣFy = 0
FA – w = 0
FA = ž
4.3 POPLACH
1. Hmotnosť predmetu väčší než vztlaková sila (w > FA), alebo
2. Hustota objektu je väčšia ako hustota kvapaliny ( )
Podľa prvého Newtonovho zákona, ak je objekt v pokoji, potom
ΣFy = 0
w – FA – N = 0
w = FA + N.
FA = vztlaková sila pôsobiaca kvapalinou na objekt, N = normálová sila pôsobiaca zo základne na objekt, w = hmotnosť predmetu.
Prečo lode plávajú?
Po preštudovaní vyššie uvedeného vysvetlenia sa teraz pokúste odpovedať na otázku, prečo sa loď s veľkou hmotnosťou nepotopí, zatiaľ čo ľahký piesok sa potápa v mori? Piesok sa potápa, pretože hustota piesku je väčšia ako hustota morskej vody. Lode, hoci sú vyrobené zo železa, majú hustotu väčšiu ako hustota morskej vody (hustota železa je 7874 kg/m³3 , hustota morskej vody je 1025 kg/m3), ale objem lode je taký veľký, že hustota lode, ak sa vypočíta pomocou vzorca pre hustotu ρ = m / V je menšia ako hustota morskej vody.
Ak použijeme koncept vztlaku a gravitácie, lode plávajú, pretože vztlak je väčší ako gravitácia lode.
Ako sa ponorky potápajú
Aby ponorka mohla plávať, jej hustota musí byť menšia ako hustota morskej vody. Podobne sa ponorka môže potápať, ak je jej hustota väčšia alebo rovná hustote morskej vody. Objem ponorky je rovnaký, takže aby sa ponorka mohla potápať a plávať, je možné zmeniť hustotu ponorky naplnením vody a vzduchu do záťažových nádrží. Ak sa chcete ponoriť, naplňte balastnú nádrž vodou a ak chcete vyplávať na hladinu, voda sa z nádrže odstráni a do nádrže sa napustí vzduch.
Použitím konceptu vztlaku a gravitácie môže ponorka plávať, ak je vztlaková sila väčšia ako gravitácia ponorky. Ponorka sa môže potápať, ak je gravitácia lode väčšia ako vztlaková sila, ktorou na ponorku pôsobí morská voda.
Prečo a ako môžu teplovzdušné balóny lietať
Balóny lietajú vo vzduchu, pretože vo vnútri balóna je plyn, ktorého hustota je menšia ako hustota vzduchu okolo neho. Na druhej strane, ak je hustota plynu vo vnútri balóna rovnaká ako hustota vzduchu okolo neho, balón padá na zem a nevyletí na vysoké miesto.
Použitím konceptu vztlaku teplovzdušný balón stúpa, pretože vztlaková sila je väčšia ako gravitačná sila balóna. Balón padá na zem, keď je gravitačná sila balóna väčšia ako vztlaková sila, ktorou naň pôsobí vzduch.
V. PRÍKLADOVÉ OTÁZKY
5.1. Hmotnosť bremena vo vzduchu je 5 N, hmotnosť bremena meraná v kvapaline je 4 N. Aká veľká je vztlaková sila?
Diskusia
Je známe:
Hmotnosť záťaže vo vzduchu (w) = 5 N
Hmotnosť nákladu vo vode (wF) = 4 N
Opýtal sa: Vztlaková sila (FA)
Džaváb:
Pri meraní v kvapaline sa časť hmotnosti bremena stráca v dôsledku vztlakovej sily. Veľkosť vztlakovej sily = rozdiel medzi hmotnosťou bremena vo vzduchu a hmotnosťou bremena v kvapaline.
FA = 5 – 4 = 1 Newtonov
5.2. Nádoba plná vody je naplnená kameňom, čím sa časť vody vyleje. Objem vyliatej vody je 0,1 m3.. Hustota vody = 1000 kg/m3, Zrýchlenie v dôsledku gravitácie 10 m/s2Aká veľká vztlaková sila pôsobí voda na skalu?
Diskusia
Je známe:
Objem rozliatej vody (V) = 0,1 m3
Hustota vody (ρ) = 1000 kg/m3
Zrýchlenie v dôsledku gravitácie (g) = 10 m/s2
Opýtal sa: Vztlaková sila (FA)
Džaváb:
FA = pg V = (1000)(10)(0,1) = 1000 N
5.3. Keď sa predmet umiestni do nádoby plnej morskej vody, časť morskej vody vytečie o 0,2 m3Hustota morskej vody = 1025 kg/m³3Zrýchlenie v dôsledku gravitácie je 10 m/s2Vypočítajte hmotnosť vytlačenej/rozliatej morskej vody.
Diskusia
Je známe:
Objem (V) = 0,2 m3
Hustota morskej vody (ρ) = 1025 kg/m3.
Zrýchlenie v dôsledku gravitácie (g) = 10 m/s2
Opýtal sa: Hmotnosť vytlačenej/rozliatej morskej vody
Džaváb:
Archimedov zákon hovorí, že veľkosť vztlakovej sily = hmotnosť vytlačenej/rozliatej morskej vody
FA = ρ g V = (1025)(10)(0,2) = 2050 N
5.4. Kov váži 100 N pri meraní vo vzduchu a 80 N pri meraní vo vode. Aký je objem kovu? Hustota vody = 1000 kg/m³3, zrýchlenie v dôsledku gravitácie = 10 m/s2.
Diskusia
Je známe:
Hmotnosť vo vzduchu (w) = 100 N
Hmotnosť vo vode (w)f) = 80 N
Hustota vody (ρ) = 1000 kg/m3
Zrýchlenie v dôsledku gravitácie (g) = 10 m/s2
Opýtal sa: Objem kovu
Džaváb:
FA = 100 – 80 = 20 N
FA = ρ g V
20 = (1000)(10) V
20 = 10.000 V
5.5. Predmet s hmotnosťou 20 N je umiestnený v kvapaline. Ak je vztlaková sila 30 N, potopí sa predmet, pláva alebo sa vznáša?
Diskusia
Vztlaková sila je väčšia ako hmotnosť telesa, FA > w, takže objekt sa vznáša.
Predmet sa potápa, ak je vztlaková sila menšia ako jeho hmotnosť (FA < w)
VI. CVIČNÉ OTÁZKY A KĽÚČE S ODPOVEDMI
https://gurumuda.net/soal-ujian/soal-latihan-hukum-archimedes
VII. OTÁZKY FORMATÍVNEHO TESTU
https://gurumuda.net/soal-ujian/tes-formatif-hukum-archimedes
????
