Učni materiali Arhimedov zakon Sestavljen je iz osnovnih kompetenc in kazalnikov doseganja kompetenc, učnih gradiv, vzorčnih vprašanj, praktičnih vprašanj in formativnih testov.
A. Osnovne kompetence
3. 1 Uporaba zakonov statičnih tekočin v vsakdanjem življenju
4.1 Načrtovanje in izvajanje poskusov, ki izkoriščajo lastnosti statičnih tekočin, vključno s predstavitvijo eksperimentalnih rezultatov in njihove uporabe.
B. Kazalniki doseganja kompetenc
1. Spominjanje (C1), razumevanje (C2), uporaba (C3), manalizirati (C4) in zaključiti (C5) koncept vzgona, Arhimedov zakon in koncept lebdenja, plavanja in potapljanja
2. Reši (C4) in popravi (C6) vprašanja o vzgonu in Arhimedovem zakonu
3. Izvedba (P2) poskusa hArhimedov zakon
4. Prikažite (P3) in določite (P5) gplava in hArhimedov zakon
ARHIMEDOV ZAKON
I. UVOD
Ste že kdaj bili na ladji? Ladja z zelo veliko maso se ne potopi, majhna, lahka skala pa lahko. Zakaj je temu tako?
Ali veste, kaj je na sliki na levi? Podmornica je ladja, ki lahko plava na morski gladini in se tudi potaplja. Kako podmornica plava in se potaplja?
Kaj vidite na sliki na desni? Baloni na vroč zrak lahko letijo na velikih višinah. Zakaj lahko baloni letijo in kako letite z balonom na vroč zrak?
Ladje lahko lebdijo na morski gladini in se potapljajo pod vodo, tako kot lahko baloni lebdijo v ozračju oziroma zraku. Da bi to razumeli, morate najprej razumeti Arhimedov zakonDa bi razumeli Arhimedov zakon, morate najprej razumeti koncept Vzgon.
Vir slike: Google.com
II. SILA VZGONA
Kateri se zdi lažji, kamen, dvignjen na kopnem, ali isti kamen, dvignjen v vodi? Če tega še niste izkusili, poskusite odgovoriti na to vprašanje. Težje je dvigniti kamen na kopnem, isti kamen pa je lažji, dvignjen v vodi. To je posledica vzgonske sile.
Ko je predmet postavljen v tekočino, bo med tekočino na vrhu predmeta in tekočino na dnu predmeta razlika v tlaku. Tekočina na dnu predmeta ima večji tlak kot tekočina na vrhu. na predmetu. Vzgon nastane zaradi razlik v tlaku tekočine na različnih globinah.
Na sliki je viden predmet, ki plava v tekočini. Tekočina pod tekočino ima večji tlak kot tekočina nad predmetom, ker ima tekočina pod predmetom večjo globino kot tekočina nad predmetom (h2 > h1).
Informacije: FA = vzgonska sila, ρ = gostota tekočine, g = gravitacijski pospešek, V = prostornina predmeta, potopljenega v tekočino
Zamenjaj ρV v formuli za vzgonsko silo z m v formuli za gostoto:
Informacije: m = masa, g = gravitacijski pospešek, w = gravitacija.
Na podlagi enačbe 2 je vzgonska sila (FA) je enaka teži (w) izpodrinjene tekočine. VVolumen izpodrinjene tekočine je enak volumnu predmeta v tekočini.
III. ARHIMEDOV ZAKON
Ko je predmet v celoti ali delno potopljen v tekočino, tekočina na predmet deluje s silo navzgor (vzgon), pri čemer je velikost sile vzgona enaka teži izpodrinjene tekočine. Prostornina izpodrinjene tekočine je enaka prostornini predmeta, potopljenega v tekočino.
IV. PLEVANJE, PLEVANJE, POTOPANJE
4.1 PLEVAJOČE
Predmet plava na površini tekočine, če:
1. Teža predmeta manjši kot sila vzgona (w < FA), ali
2. Gostota predmeta je manjša od gostote tekočine ( )
Če je vzgonska sila večja od gravitacijske sile, potem rezultanta sile ni nič, po Newtonovih zakonih gibanja se bo predmet premikal navzgor. V resnici pa predmet miruje na površini tekočine. Po Newtonovem prvem zakonu, če predmet miruje, potem
ΣFy = 0
FA – m – Na = 0
FA = w + Fa
FA = vzgonska sila, ki jo tekočina izvaja na predmet, Fa = atmosferski potisk, w = teža predmeta.
4.2 PLEVAJOČE
Predmet plava na površini tekočine, če:
1. Teža predmeta skupaj z Vzgonska sila (w = FA), ali
2. Gostota predmeta je enaka gostoti tekočine ( )
Po Newtonovem prvem zakonu, če telo miruje, potem
ΣFy = 0
FA – w = 0
FA = w
4.3 POTOPANJE
1. Teža predmeta večji kot sila vzgona (w > FA), ali
2. Gostota predmeta je večja od gostote tekočine ( )
Po Newtonovem prvem zakonu, če telo miruje, potem
ΣFy = 0
z – NA – N = 0
w = FA + N.
FA = vzgonska sila, ki jo tekočina izvaja na predmet, N = normalna sila, ki jo podlaga izvaja na predmet, w = teža predmeta.
Zakaj ladje plavajo?
Po preučitvi zgornje razlage zdaj poskušate odgovoriti na vprašanje, zakaj se ladja z veliko maso ne potone, medtem ko se lahek pesek potone v morju? Pesek potone, ker je gostota peska večja od gostote morske vode. Medtem imajo ladje, čeprav so narejene iz železa, gostoto večjo od gostote morske vode (gostota železa je 7874 kg/m³3 , gostota morske vode je 1025 kg/m3), vendar je prostornina ladje tako velika, da se gostota ladje, če se izračuna po formuli za gostoto ρ = m / V je manjše od gostote morske vode.
Če uporabimo koncept vzgona in gravitacije, ladje lebdijo, ker je vzgon večji od gravitacije ladje.
Kako se podmornice potapljajo
Da bi podmornica plavala, mora biti njena gostota manjša od gostote morske vode, prav tako se lahko podmornica potaplja, če je njena gostota večja ali enaka gostoti morske vode. Prostornina podmornice je enaka, zato lahko za potapljanje in plavanje spremenimo njeno gostoto z dovajanjem vode in zraka v balastne tanke. Če se želite potopiti, v balastni tank nalijte vodo, če pa želite plavati na površje, vodo iz tanka odstranite in vanj vlijte zrak.
Z uporabo koncepta vzgona in gravitacije lahko podmornica plava, če je vzgonska sila večja od gravitacije podmornice. Podmornica se lahko potaplja, če je gravitacija ladje večja od vzgonske sile, ki jo morska voda izvaja na podmornico.
Zakaj in kako lahko toplozračni baloni letijo
Baloni letijo v zraku, ker je v njih plin, katerega gostota je manjša od gostote zraka okoli njega. Če pa je gostota plina v balonu enaka gostoti zraka okoli njega, balon pade na tla in ne poleti visoko.
Če uporabimo koncept vzgona, se balon na vroč zrak dvigne, ker je vzgonska sila večja od gravitacije balona. Balon pade na tla, ko je gravitacija balona večja od vzgonske sile, ki jo zrak izvaja na balon.
V. PRIMERI VPRAŠANJ
5.1. Teža bremena v zraku je 5 N, teža bremena, merjena v tekočini, pa je 4 N. Kako velika je vzgonska sila?
Razprava
Znano je:
Teža bremena v zraku (w) = 5 N
Teža bremena v vodi (wF) = 4 N
Vprašano: Vzgonska sila (FA)
Džavab:
Pri merjenju v tekočini se del teže bremena izgubi zaradi vzgonske sile. Velikost vzgonske sile = razlika med težo bremena v zraku in težo bremena v tekočini.
FA = 5 – 4 = 1 Newtona
5.2. Posoda, polna vode, je napolnjena s kamnom, zaradi česar se del vode razlije. Prostornina razlite vode je 0,1 m3.3.. Gostota vode = 1000 kg/m3, Pospešek zaradi gravitacije 10 m/s2Kolikšna je vzgonska sila vode na skalo?
Razprava
Znano je:
Prostornina razlite vode (V) = 0,1 m3
Gostota vode (ρ) = 1000 kg/m3
Pospešek zaradi gravitacije (g) = 10 m/s2
Vprašano: Vzgonska sila (FA)
Džavab:
FA = ρ g V = (1000)(10)(0,1) = 1000 N
5.3. Ko predmet postavimo v posodo, polno morske vode, se del morske vode razlije za 0,2 m.3Gostota morske vode = 1025 kg/m³3Pospešek zaradi gravitacije je 10 m/s2Izračunajte težo izpodrinjene/razlite morske vode.
Razprava
Znano je:
Prostornina (V) = 0,2 m3
Gostota morske vode (ρ) = 1025 kg/m3.
Pospešek zaradi gravitacije (g) = 10 m/s2
Vprašano: Teža izpodrinjene/razlite morske vode
Džavab:
Arhimedov zakon pravi, da je velikost vzgonske sile = teža izpodrinjene/razlite morske vode
FA = ρ g V = (1025)(10)(0,2) = 2050 N
5.4. Kovina tehta 100 N, če jo merimo v zraku, in 80 N, če jo merimo v vodi. Kolikšen je volumen kovine? Gostota vode = 1000 kg/m³3, pospešek zaradi gravitacije = 10 m/s2.
Razprava
Znano je:
Teža v zraku (w) = 100 N
Teža v vodi (w)f) = 80 N
Gostota vode (ρ) = 1000 kg/m3
Pospešek zaradi gravitacije (g) = 10 m/s2
Vprašano: Prostornina kovine
Džavab:
FA = 100 – 80 = 20 N
FA = ρ g V
20 = (1000)(10) V
20 = 10.000 V
5.5. Predmet, ki tehta 20 N, je postavljen v tekočino. Če je vzgonska sila 30 N, ali predmet potone, plava ali lebdi?
Razprava
Vzgonska sila je večja od teže telesa, FA > w, tako da objekt lebdi.
Predmet potone, če je vzgonska sila manjša od teže predmeta (FA < w)
VI. VAJA VPRAŠANJA IN KLJUČI Z ODGOVORI
https://gurumuda.net/soal-ujian/soal-latihan-hukum-archimedes
VII. VPRAŠANJA ZA FORMATIVNI TEST
https://gurumuda.net/soal-ujian/tes-formatif-hukum-archimedes
🙂
