Läromedel i Arkimedes lag består av grundläggande kompetenser och kompetensuppnående indikatorer, läromedel, exempelfrågor, övningsfrågor och formativa prov.
A. Grundläggande kompetenser
3.1 Tillämpning av statiska vätskors lagar i vardagen
4.1 Utforma och genomföra experiment som utnyttjar egenskaperna hos statiska fluider, inklusive en presentation av de experimentella resultaten och deras användning.
B. Indikatorer för kompetensuppnående
1. Att komma ihåg (C1), förstå (C2), tillämpa (C3), analysera (C4) och dra slutsatser (C5) om begreppet flytkraft, Arkimedes lag och begreppet flytande, svävande och sjunkande.
2. Lös (C4) och rätta (C6) frågor om flytkraft och Arkimedes lag
3. Utför (P2) experimentet med Arkimedes lag
4. Visa (P3) och bestäm (P5) flytkraften och Arkimedes lag
ARKIMEDESE LAG
I. INLEDNING
Har du någonsin varit på ett skepp? Ett skepp med en mycket stor massa sjunker inte, medan en liten, lätt sten kan. Varför är det så?
Vet du vad bilden till vänster föreställer? En ubåt är ett fartyg som kan flyta på havsytan och även dyka under vattnet. Hur flyter och dyker en ubåt?
Vad ser du på bilden till höger? Varmluftsballonger kan flyga på hög höjd. Varför kan ballonger flyga, och hur flyger man en varmluftsballong?
Fartyg kan flyta på havsytan och dyka under vattnet, precis som ballonger kan sväva i atmosfären, även känd som luften. För att förstå detta måste du först förstå Arkimedes lag . För att förstå Arkimedes lag måste du först förstå begreppet flytkraft.
Bildkälla: Google.com
II. FLYTKRAFTEN
Vilket känns lättare, en sten som lyfts på land eller samma sten som lyfts i vatten? Om du aldrig har upplevt detta förut borde du prova det för att få svar på den här frågan. Det är tyngre att lyfta en sten på land, men samma sten lyfts lättare i vatten. Detta beror på flytkraften.
När ett föremål nedsänks i en vätska, kommer det att finnas en tryckskillnad mellan vätskan ovanför föremålet och vätskan under det. Vätskan under föremålet har ett högre tryck än vätskan ovanför föremålet. Flytkraft uppstår på grund av skillnaden i vätsketryck på olika djup.
På bilden ses ett föremål flyta i en vätska. Vätskan under vätskan har ett högre tryck än vätskan ovanför föremålet, eftersom vätskan under föremålet har ett större djup än vätskan ovanför föremålet (h2 > h1).
Beskrivning: FA = flytkraft, ρ = vätskans densitet, g = tyngdaccelerationen , V = volymen av föremål nedsänkt i vätskan
Ersätt ρV i formeln för flytkraft med m i densitetsformeln:
Beskrivning: m = massa, g = gravitationsacceleration, w = gravitation.
Baserat på ekvation 2 är flytkraften (FA ) lika med vikten (w) av den undanträngda vätskan. Volymen av den undanträngda vätskan är lika med volymen av föremålet i vätskan.
III. ARKIMEDESE LAG
När ett föremål är helt eller delvis nedsänkt i en vätska utövar vätskan en uppåtriktad kraft (flytkraft) på föremålet, där flytkraftens storlek är lika med den undanträngda vätskans vikt. Den undanträngda vätskans volym är lika med volymen av det föremål som är nedsänkt i vätskan.
IV. FLYTANDE, FLYTANDE, SJUNKANDE
4.1 FLYTANDE
Ett föremål flyter på ytan av en vätska om:
1. Objektets gravitation är mindre än den flytande kraften (w < F A ), eller
2. Objektets densitet är mindre än vätskans densitet ()
Om uppdriftskraften är större än gravitationskraften är den resulterande kraften inte noll, enligt Newtons rörelselagar kommer objektet att röra sig uppåt. Men i verkligheten är objektet i vila på vätskans yta. Enligt Newtons första lag, om ett objekt är i vila då
ΣFy = 0
F A – w – F a = 0
F A = w + F a
F A = flytkraft som vätskan utövar på föremålet, Fa = atmosfärisk dragkraft , w = föremålets vikt.
4.2 FLYTANDE
Ett föremål flyter på ytan av en vätska om:
1. Objektets gravitation är densamma som den flytande kraften (w = F A ), eller
2. Objektets densitet är densamma som vätskans densitet ()
Enligt Newtons första lag, om ett föremål är i vila då
Σ F y = 0
F A – w = 0
F A = w
4.3 SJUNKNING
1. Objektets gravitation är större än den flytande kraften (w > F A ), eller
2. Objektets densitet är större än vätskans densitet ()
Enligt Newtons första lag, om ett föremål är i vila då
Σ F y = 0
w – F A – N = 0
w = FA + N
F A = flytkraft som vätskan utövar på föremålet, N = normalkraft som basen utövar på föremålet , w = föremålets gravitation.
Varför flyter skepp?
Efter att ha studerat beskrivningen ovan ska du nu försöka besvara frågan, varför sjunker inte ett fartyg med stor massa medan lätt sand sjunker i havet? Sand sjunker eftersom sandens densitet är större än havsvattnets densitet. Även om ett fartyg, även om det är sammansatt av järn, har en densitet som är större än havsvattnets densitet (järnets densitet är 7874 kg/m³ , är havsvattnets densitet 1025 kg/m³ ) , är fartygets volym mycket stor, så om fartygets densitet beräknas med hjälp av densitetsformeln ρ = m/V, är värdet mindre än havsvattnets densitet.
Om vi använder koncepten flytkraft och gravitation, flyter fartyg eftersom flytkraften är större än fartygets gravitation.
Hur ubåtar dyker
För att kunna flyta måste en ubåts densitet vara mindre än havsvattnets densitet, på samma sätt kan en ubåt dyka om dess densitet är större än eller lika med havsvattnets densitet. En ubåts volym är densamma, så för att den ska kunna dyka och flyta kan ubåtens densitet ändras genom att fylla på vatten och luft i barlasttankarna. Om du vill dyka, fyll på vatten i barlasttanken och om du vill flyta upp till ytan avlägsnas vattnet från tanken och luft fylls på.
Med begreppet flytkraft och gravitation kan en ubåt flyta om flytkraften är större än ubåtens gravitation. En ubåt kan dyka om fartygets gravitation är större än den flytkraft som havsvattnet utövar på ubåten.
Varför och hur varmluftsballonger kan flyga
Ballonger flyger i luften eftersom det inuti ballongen finns gas som har en densitet som är mindre än densiteten hos luften runt omkring den. Om å andra sidan gasens densitet inuti ballongen är densamma som densiteten hos luften runt omkring den, faller ballongen till marken och flyger inte till en hög plats.
Med begreppet flytkraft stiger en varmluftsballong eftersom flytkraften är större än ballongens gravitation. Ballongen faller till marken när ballongens gravitation är större än den flytkraft som luften utövar på ballongen.
V. EXEMPELFRÅGOR
5.1. Lastens vikt i luft är 5 N, lastens vikt mätt i vätska är 4 N. Hur stor är flytkraften?
Diskussion
Det är känt:
Lastens vikt i luft (w) = 5 N
Lastens vikt i vatten (w F ) = 4 N
Frågade: Flytkraft ( FA )
Jawab:
När man mäter i en vätska förloras en del av lastens vikt på grund av flytkraften. Storleken på flytkraften = skillnaden mellan lastens vikt i luft och lastens vikt i vätskan.
F A = 5 – 4 = 1 Newton
5.2. En sten sätts in i en behållare full med vatten så att en del av vattnet rinner ut. Volymen av det spillda vattnet är 0,1 m³ . Vattnets densitet = 1000 kg/m³ , Tyngdaccelerationen är 10 m/s² . Hur mycket flytkraft utövar vattnet på stenen?
Diskussion
Det är känt:
Spillvattenvolym (V) = 0,1 m³
Vattnets densitet ( ρ ) = 1000 kg/ m³
Tyngdacceleration (g) = 10 m/ s²
Frågade: Flytkraft ( FA )
Jawab:
FA = ρ g V = (1000)(10)(0,1) = 1000 N
5.3. När ett föremål placeras i en behållare full med havsvatten, rinner en del av havsvattnet ut så mycket som 0,2 m³ . Havsvattnets densitet är 1025 kg/m³ . Tyngdaccelerationen är 10 m/s² . Beräkna vikten av det förträngda/utspillda havsvattnet.
Diskussion
Det är känt:
Volym (V) = 0,2 m³
Havsvattnets densitet (ρ) = 1025 kg/ m³.
Tyngdacceleration (g) = 10 m/ s²
Frågade: Vikt av havsvatten som flyttats/spillts
Jawab:
Arkimedes lag säger att storleken på den flytande kraften = vikten av det förträngda/utspillda havsvattnet
FA = ρ g V = (1025)(10)(0,2) = 2050 N
5.4. En metall väger 100 N mätt i luft och 80 N mätt i vatten. Vad är metallens volym? Vattnets densitet = 1000 kg/m³ , tyngdaccelerationen = 10 m/ s².
Diskussion
Det är känt:
Vikt i luft (w) = 100 N
Vikt i vatten (w f ) = 80 N
Vattnets densitet ( ρ) = 1000 kg/ m³
Tyngdacceleration (g) = 10 m/ s²
Frågade: Volym av metall
Jawab:
F A = 100 – 80 = 20 N
F A = ρ g V
20 = (1000)(10) V
20 = 10.000 V
5.5. Ett föremål som väger 20 N placeras i en vätska. Om flytkraften är 30 N, sjunker, flyter eller flyter föremålet?
Diskussion
Flytkraften är större än föremålets vikt, F A > w, så föremålet flyter.
Ett föremål sjunker om flytkraften är mindre än föremålets vikt (FA < w)
VI. ÖVNINGSFRÅGOR OCH SVARSNYCKLAR
https://gurumuda.net/soal-ujian/soal-latihan-hukum-archimedes
VII. FORMATIVA TESTFRÅGOR
https://gurumuda.net/soal-ujian/tes-formatif-hukum-archimedes
🙂
