Исследовательская работа по физике «Архимедова сила». Архимедова сила для детей реферат

Доклад - Особенности изучения темы Закон Архимеда в малокомплектных школах

ГЛАВА 1. Закон Архимеда

Проделаем опыты. К коромыслу весов подвесим два одинаковых шара. Их вес одинаков, поэтому коромысло находится в равновесии (рис. «а»). Подставим под правый шар пустой стакан. От этого вес шаров не изменится, поэтому равновесие сохранится (рис. «б»).

/>

Заполним стакан углекислым газом, плотность которого больше плотности воздуха (рис. «в»). Равновесие нарушится, показывая, что вес правого шара стал меньше. Это произошло потому, что на шар в углекислом газе действует большая архимедова сила, чем в воздухе.

/>

Второй опыт. Подвесим к динамометру большую картофелину. Вы видите, что её вес равен 3,5 Н. Погрузим картофелину в воду. Мы обнаружим, что её вес уменьшился и стал равен 0,5 Н.

Вычислим изменение веса картофеля:

Н–НН

Почему же вес картофеля уменьшился именно на 3 Н? Очевидно потому, что в воде на картофель подействовала выталкивающая сила такой же величины. Другими словами, сила Архимеда равна изменению веса тела:

/>

арх–архимедовасилаНт–изменениевесателаН

Эта формула выражает способ измерения архимедовой силы:нужно дважды измерить вес тела и вычислить его изменение. Полученное значение равно силе Архимеда.

Для вывода следующей формулы проделаем опыт с прибором «ведерко Архимеда». Основные его части следующие: пружина со стрелкой 1, ведерко 2, тело 3, отливной сосуд 4, стаканчик 5.

Сначала пружину, ведерко и тело подвешивают к штативу (рис. «а») и отмечают положение стрелки жёлтой меткой. Затем тело помещают в отливной сосуд. По мере погружения тело вытесняет некоторый объем воды, который сливается в стаканчик (рис. «б»). Вес тела становится меньше, поэтому пружина сжимается, и стрелка поднимается выше жёлтой метки.

/>

Перельём воду, вытесненную телом, из стаканчика в ведерко (рис. «в»). Самое удивительное в том, что когда вода будет перелита (рис «г»), стрелка не просто опустится вниз, а укажет точно на жёлтую метку! Значит, вес влитой в ведерко воды уравновесил архимедову силу.

В виде формулы этот вывод запишется так:

/>

Обобщая результаты опыта, получим закон Архимеда: выталкивающая сила, действующая на тело в жидкости (или газе), равна весу жидкости (газа), взятой в объеме этого тела и направлена противоположно вектору его веса.

Вычисление силы Архимеда

В предыдущем параграфе мы назвали две формулы, при помощи которых силу Архимеда можно измерить. Теперь выведем формулу, при помощи которой силу Архимеда можно вычислить.

Закон Архимеда выражается формулой (см. §3-е):

Fарх = Wж

Примем, что вес вытесненной жидкости равен действующей на неё силе тяжести:

Wж = Fтяж = mжg

Масса вытесненной жидкости может быть найдена по формуле для расчета плотности:

жжж

Подставляя формулы друг в друга, получим равенство:

архжтяжжжж

Выпишем начало и конец этого равенства:

архжж

Вспомним, что закон Архимеда справедлив для жидкостей и газов. Поэтому вместо обозначения «ж » более правильно использовать обозначение «жг ». Также заметим, что объем жидкости, вытесненной телом, в точности равен объему погруженной части телажпчт. С учетом этих уточнений получим:

/>

вывели частный случай закона Архимеда – формулу, выражающую способ вычисления силы Архимеда. Вы спросите: почему же эта формула – «частный случай», то есть менее общая?

Поясним примером. Вообразим, что мы проводим опыты в космическом корабле. Согласно формуле архж, архимедова сила равна нулю (так как вес жидкости равен нулю), согласно же формуле Fарх = ж/гgVпчт архимедова сила нулю не равна, так как ни одна из величин ) в невесомости в ноль не обращается. Перейдя от воображаемых опытов к настоящим, мы убедимся, что справедлива именно общая формула. архтяж

Или, подробнее:

жпчтт

Разделим левую и правую части равенства на коэффициент «g»:

жпчтт

Вспомнив, что , получим равенство:

жпчттт

Преобразуем это равенство в пропорцию:

/>

/>

В левой части пропорции стоит дробь, показывающая долю, которую составляет объем погруженной части тела от объема всего тела. Поэтому всю дробь называют погруженной долей тела:

/>

Используя эту формулу, предскажем, чему должна быть равна погруженная доля бревна при его плавании в воде:

ПДТ (полена) 500 кг/м3: 1000 кг/м3 = 0,5

Число 0,5 означает, что плавающее в воде бревно погружено наполовину. Так предсказывает теория, и это совпадает с практикой. Итак, обе формулы в рамках являются менее общими, чем исходная, то есть имеют более узкие границы применимости. Почему же так произошло? Причина – применение нами формулы W = Fтяж. Вспомним, что она не верна, если тело и его опора движутся непрямолинейно (см. § 3-г). Космический корабль именно так и движется – по круговой орбите вокруг Земли.

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО ТЕМЕ: «Давление твердых тел, жидкостей и газов. Сила Архимеда»

Форма урока выбрана не случайно. По мнению С.А.Шмакова, ведущего исследователя игр, “Игра — одно из интереснейших явлений культуры. Игра, как тень, родилась вместе с ребенком, стала его спутником, верным другом. Она заслуживает большого человеческого уважения, гораздо большего, чем воздают ей люди сегодня, за те колоссальные воспитательные резервы, за огромные педагогические возможности, в ней заложенные”. [1]

Во время игры раскрываются скрытые способности ребенка: кто-то, оказывается, хорошо рисует и может подготовить плакаты и рисунки для проведения конкурса, кто-то пишет стихи, а кто-то будет страстным болельщиком. Я не первый год провожу этот урок. Из года в год вносятся изменения, меняется урок, меняются дети, но постоянно то, что после проведения его долго остается состояние праздника, блеск в глазах детей.

Ход урока.

Звучит музыкальная заставка:

“Мы начинаем КВН. Для чего? Для чего? Чтоб не осталось в стороне Никого, никого…”

Учитель:

Мы начинаем наш необычный урок. Он, действительно, никого не оставит в стороне.

Учитель представляет членов жюри (это свободные от уроков учителя), команды и их капитанов. Состязание состоит из 6 конкурсов: [2]

Конкурс “Приветствие”. Это визитная карточка команды – максимальная оценка 3 балла.

Конкурс “Разминка” – 5 баллов.

Конкурс “Путешествие” – 5 баллов.

Конкурс болельщиков. 3 балла.

Конкурс “Эрудитов” — 7 баллов.

Конкурс капитанов. – 5 баллов.

После жеребьевки команды по очереди представляют свое “Приветствие”, в котором они обосновывают свое название и говорят свой девиз.

Команда “Мушкетеров” объясняет свое название тем, что они “как мушкетеры” очень смелые, находчивые. Они могут найти выход из любой ситуации и, потому, их девиз: “Вперед! Только вперед, к победе!”.

Вторая команда объясняет свое название тем, что они очень веселые, остроумные. Им это очень помогает в учебе и поможет в игре. Их девиз: “Дайте нам точку опоры, и мы победим!”, а также поют свою песенку:

Дорогого Архимеда не забудем никогда. Свойства жидкости и газа Будем помнить мы всегда. Будем в ванне мы купаться, Слово “Эврика!” кричать, Если опыт нам удастся, Можем Землю мы сдвигать.

После каждого конкурса жюри объявляет результат.

Следующий конкурс “Разминка”.

Команды подготовили по 5 вопросов, которые поочередно задают друг другу.[3,4] На обсуждение вопроса дается по 20 секунд.

Вопросы:

В два одинаковых сосуда налили одинаковые объемы воды и керосина. В каком сосуде давление на дно будет больше? (В сосуде с водой, так как плотность воды больше).

Зачем у лопаты верхний край, на который наступают, изгибают, а лезвие лопаты заостряют?

(В первом случае – чтобы уменьшить давление на стопу, во втором – чтобы увеличить давление на землю).

Какой ученый первый указал на существование атмосферного давления? (Отто фон Герике)

Кто первый придумал воздушный шар, и кто первый совершил кратковременный полет?

(Братья Монгольфье. Путешественники – овца, петух, утка).

Почему водным животным не нужен прочный скелет? (Средняя плотность живых организмов населяющих водную среду мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается Архимедовой силой).

От сжатия легких объем кита уменьшается, что уменьшается вместе с ним?

(Выталкивающая сила).

Почему на земле гусь тяжелый, а на воде легкий? (Особенности поведения тел на воде связаны с малым трением и наличием выталкивающей силы).

Почему Торричелли для опыта выбрал ртуть? (У ртути плотность больше, чем у остальных жидкостей).

От чего зависит сила Архимеда?

(Сила Архимеда зависит от плотности жидкости, от объема погруженной части тела).

Где легче плавать: в пресном озере или море? (Плотность морской воды больше, чем плотность обычной воды).

Следующий конкурс – “Путешествие”.

Одной команде предстоит путешествие в горы (на высоту до двух километров). Второй — на дно озера (на глубину не более 40 метров).

Команда, отправляющаяся в горы, должна объяснить: как они будут определять высоту подъема, имея барометр; какой рюкзак они выберут; что они будут чувствовать, поднимаясь в гору.

Команда, отправляющаяся под воду, рассказывает о своем снаряжении, в которое входят баллоны со сжатым воздухом, маски, ласты. Желательно назвать фамилии изобретателей акваланга (Ж. Кусто и Э. Гальяна). На рассказ им дается 3 минуты, на подготовку 10 минут.

Пока “путешественники” готовятся, мы приступаем к конкурсу – болельщиков.

Его еще можно назвать “Отгадай!”. Поочередно выходят по одному болельщику от каждой команды, берут карточку, читают ее. Затем мимикой и жестами показывают своей команде, что в ней написано.[2] Болельщики в течение одной минуты должны отгадать, что они изображают. Задания заключаются в следующем: надо изобразить воздушный шар, шар Паскаля, сообщающиеся сосуды, опыт Торричелли, фонтан, барометр.

За это время “путешественники” подготовили свой рассказ и представляют его.

Следующий конкурс – “Эрудитов”.

Приглашаются по 3 участника из каждой команды. Получают кроссворд с заданием. За 5 минут они должны его разгадать.

/>

Вопросы к кроссворду:

Единица давления. (Паскаль)

Итальянский ученый, впервые измеривший атмосферное давление. (Торричелли)

Прибор, применяемый для определения глубины морей, действие которого основано на явлении отражения ультразвука. (Эхолот)

Аппарат, предназначенный для изучения морских глубин. (Батискаф)

Прибор для измерения атмосферного давления. (Барометр)

Воздушная оболочка Земли. (Атмосфера)

Глубина, на которую судно погружается в воду. (Осадка)

За это время жюри проводит оценку плакатов, которые готовили команды. (На конкурс представляются плакаты в поддержку своей команды и рисунки по тематике КВН).

Эрудиты сдают кроссворд. Ключевое слово – АРХИМЕД.

Последний конкурс – конкурс капитанов. Он состоит из двух частей. Первая часть – это конкурс блиц. Учитель называет слова, а капитаны по очереди (быстро) должны ответить, что это: физическая величина, фамилия ученого или единица измерения.

Давление (физическая величина).

Манометр (прибор для измерения давления).

Сила (физическая величина).

Торричелли (итальянский ученый).

Барометр (прибор для измерения атмосферного давления)

Паскаль (единица измерения и фамилия ученого).

Ареометр (прибор).

мм. ртутного столба (единица измерения).

Вторая часть – капитанам предлагается провести свой первый урок по физике так, чтобы ученики заинтересовались и полюбили предмет.

Жюри подводит общий итог и объявляет результат.

Глава 3. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ТЕМЕ «АРХИМЕДОВА СИЛА» Начальный уровень

1. На какое из двух одинаковых тел действует большая архимедова сила (см. рисунок)? Выберите правильное утверждение.

/>

А. На первое тело.

Б. На второе тело.

В На оба тела одинаковая.

2. К коромыслу весов подвешены два медных цилиндра одинакового объема. Нарушится ли равновесие весов, если один цилиндр поместить в воду, а другой — в спирт? Выберите правильное утверждение.

А. Перевесит цилиндр, помещенный в воду.

Б. Перевесит цилиндр, помещенный в спирт.

Медный шарик, подвешенный к динамометру, погрузили сначала в воду, а затем в керосин (см. рисунок). Выберите правильное утверждение.

/>

А. Архимедова сила действует на шарик только в воде.

Б. В обоих случаях объем вытесненной жидкости одинаков.

В. При погружении шарика в любую жидкость показание динамометра увеличивается.

4. В воду погружены три сплошных стальных шарика на нитях (см. рисунок). Выберите правильное утверждение.

/>

А. Архимедова сила действует только на шарик 1.

Б. В случае обрыва нити любой из шариков утонет.

В. Архимедова сила, действующая на каждый шарик, меньше веса вытесненной этим шариком воды.

5. В воду погружены три одинаковых сплошных стальных шарика на нитях. Выберите правильное утверждение.

/>

А. Если обрезать нити, шарики всплывут.

Б. На все три шарика действуют одинаковые архимедовы

силы.

В.Шарик в воде тяжелее, чем в воздухе.

6. Два шарика, свинцовый и железный, равной массы подвешены к коромыслу весов. Нарушится ли равновесие весов, если шарики опустить в воду? Выберите правильное утверждение.

А. Перетянет железный шарик.

Б. Равновесие не нарушится.

В. Перетянет свинцовый шарик.

Средний уровень

а) Первоклассник и десятиклассник нырнули в воду. Кого вода выталкивает сильнее? Почему?

б) На какое из трех одинаковых тел действует большая архи медова сила?

/>

2. а) Почему камень в воде легче поднимать, чем в воздухе? б) Одинаковая ли архимедова сила действует на оба тела?

/>

3. а) Приведите примеры, которые подтверждают существование выталкивающей силы, действующей на тела, погруженные в жидкость или газ.

б) На какое из тел (1 или 2) действует большая архимедова сила?

/>

4. а) Изменяется ли выталкивающая сила, действующая на подводную лодку при ее погружении? Плотность воды считать одинаковой на разной глубине.

б) На какое из тел (1 или 2) действует большая архимедова сила?

/>

5. а) Действует ли архимедова сила на тело, которое лишь частично погружено в жидкость?

6. а) Какие известные вам из жизни явления указывают на существование выталкивающей силы?

/>

б) Одинаковая ли архимедова сила действует на эти тела?

/>

Достаточный уровень

а) Почему выталкивающая сила, действующая на одно и то же тело, в газах во много раз меньше, чем в жидкостях?

б) Железобетонная плита размером 3,5 х 1,5 х 0,2 м полностью погружена в воду. Вычислите архимедову силу, действующую на плиту.

а) Одинаковая ли сила потребуется для того, что бы удержать пустое ведро в воздухе или это же ведро, но наполненное водой в— воде? б) Вычислите выталкивающую силу, действующую на гранитную глыбу, если она при полном погружении в воду вытесняет 0,8 м3 воды. а) В воду опущен медный кубик массой 10 г и тонкая медная пластина массой 10 г. Одинакова ли выталкивающая сила в обоих случаях?

б) Определите объем куска алюминия, на который в керосине действует архимедова сила величиной 120 Н. а) Кусок мрамора весит столько, сколько весит медная гиря. Какое из этих тел легче удержать в воде?

б) Камень объемом 0,006 м3 имеет массу 15 кг. Какая сила потребуется, чтобы удержать погруженный целиком в воду камень?

а) К чашкам весов подвешены две гири — фарфоровая и железная — равной массы. Нарушится ли равновесие весов, если гири опустить в сосуд с водой? б) Кусок мрамора объемом 0,11 м3 надо поднять со дна озера. Какая для этого потребуется сила, если масса этого куска 300 кг? в. а) Действуют ли на искусственном спутнике Земли закон Паскаля и архимедова сила?

б) При полном погружении в жидкость на тело объемом 4 дм3 действует выталкивающая сила 40 Н. Какая это жидкость?

Высокий уровень

а) Сплошные шары — алюминиевый и железный — уравновешены на рычаге. Нарушится ли равновесие, если оба шара погрузить в воду? Рассмотрите случай, когда шары имеют одинаковую массу.

б) Какую силу надо приложить к пробковому кубу с ребром 0,5 м, чтобы удержать его под водой?

а) Сплошные шары — алюминиевый и железный — уравновешены на рычаге. Нарушится ли равновесие, если оба шара погрузить в воду? Рассмотрите случай, когда шары имеют одинаковый объем.

б) Цинковый шар весит 3,6 Н в воздухе, а при погружении в воду — 2,8 Н. Сплошной ли этот шар или имеет полость? Если не сплошной, то определите объем полости. а) На одной чашке весов лежит кусок стекла массой 2,5 кг, на другой — кусок серебра массой 2,1 кг. Какая чашка перетянет, если взвешивание производить в воздухе?

б) Задача Архимеда: из чистого ли золота изготовлена царская корона, если ее вес в воздухе равен 28,2 Н, а в воде — 26,4 Н? а) На одной чашке весов лежит кусок стекла массой 2,5 кг, на другой — кусок серебра массой 2,1 кг. Какая чашка перетянет, если взвешивание производить в воде?

б) Медный шарик в воздухе весит 5,34 Н, а в воде — 4,34 Н. Сплошной ли этот шар или имеет полость? Если не сплошной, то определите объем полости.

а) Два алюминиевых шарика имеют одинаковый объем, но один из них полый, а другой — сплошной. Можно ли, используя знания об архимедовой силе, определить, какой из них полый, а какой сплошной? Как это сделать?

б) Кусок металла в воздухе весит 7,8 Н, в воде — 6,8 Н, в жидкостиА— 7 Н, а в жидкостиВ— 7,1 Н. Определите плотности жидкостей А и В. 6.а)Почему подводным лодкам запрещается ложиться на дно, если оно песчаное или илистое?

б) Какая архимедова сила действует на полностью погруженный в воду полый медный шар массой 890 г, если объем полости 40 см3?

Литература

Шмаков С.А. Игры учащихся – феномен культуры, — М.: Новая школа, 1994 г.

Ланина И.Я. Внеклассная работа по физике, — М.: Просвещение, 1977 г.

Степанова Г.Н. Сборник вопросов и задач по физике (для 7-8 классов),- Санкт-Петербург.: Специальная литература, 1995 г.

Сёмке А.И. Физика. Занимательные материалы к урокам. 7 класс, — М.: НЦ ЭНАС, 2001 г.

www.ronl.ru

Исследовательская работа по физике «Архимедова сила»

Муниципальное образовательное учреждение

«Гимназия №1» им. братьев Сафьяновых

Проектно-исследовательская работа

по физике

«Архимедова сила».

Выполнила: Михеева Юля.

ученица 7а класса.

Руководитель:

учитель физики высшей квалификационной категории Маркус Р.Т..

Минусинск

2008г

1. Краткая аннотация.

Как же вода действует на них?

Выполняя свою работу, я выяснила, что многие явления в повседневной жизни можно объяснить существованием выталкивающей силы. Занимательные опыты, проведённые мной, можно провести в домашних условиях, имея простые сосуды и тела.

Опыты и эксперименты показали, что выталкивающая сила зависит от объёма тела, погруженного в жидкость и плотности жидкости. Архимедову силу можно как рассчитать, так и измерить.

Огромна роль выталкивающей силы в жизни живых организмов.

Выполненная работа показала, что знания не разделяются на «физические» и «биологические» и какие то другие. Общий объект изучения у всех наук – человек + природа. Все явления природы взаимосвязаны между собой, как и наши знания.

II.Введение.Цель:

• определение характеристик, от которых зависит выталкивающая сила;
• выяснение значения существования выталкивающей силы для живой природы.

Выяснить:

• какими способами можно определить выталкивающую силу;
• зависимость выталкивающей силы от объёма тела и плотности жидкости;
• роль архимедовой силы в живой природе.

Продукт:

• проекно-исследовательская работа;
• презентация (учебное пособие для проведения уроков физики в 7 классе).

Необходимое оборудование: ПК с выходом в Интернет, лабораторное оборудование (мензурка, 3-4 тел а, таблица плот­ностей, 2-3 сосуда с разными жидкостями: водой, маслом, молоком).Циклограмма проектно-исследовательской работы.

Проектно-исследовательская работа «Архимедова сила».
	Основная проблема, компоненты которой требуют решения			Практически значимый материальный или культурный продукт				Презентация продукта
Этапы деятельности	Постановка проблемы	Выдвижение гипотез – путей решения проблемы	Планирование деятельности по реализации проекта	Подготовка проекта				Выбор формы презентации	Подготовка презентации	Презентация	Самооценка и самоанализ
				Сбор информации	Структурирование информации	Изготовление продукта	Оформление продукта
	Сентябрь- октябрь Формулировка совместно с руководителем темы, проблемы, гипотезы работы).		Октябрь Составление развёрнутого плана работы.		Ноябрь Проведение исследований.	Декабрь Проведение исследований.	Январь Подготовка чистого варианта составление.	Февраль Подготовка выступления и электронной презентации на школьную н/практическую конференцию.		Март Защита проекта.

Почему под водой мы можем легко поднять камень, который с трудом поднимаем в воздухе? Почему водоплавающие птицы мало погружаются в воду? Почему человек может долгое время находиться на поверхности воды?

На эти и многие другие вопросы я попыталась ответить при реализации своей проектно-исследовательской работы.

I. Описание работы.

Глава1.

Проявления архимедовой силы «О плавающих и тонущих».Существованием выталкивающей силы могут быть объяснены многие явления, с которыми мы встречаемся в повседневной жизни. Особенно меня заинтересовали занимательные опыты. Я провела опыты, которые можно объяснить существованием архимедовой силы.

Опыт1 . «Три шарика»

Я взяла три шарика одинаковой величины. Один стальной, другой из парафина, третий из пробки. Взяла баночку, налила в нее воды примерно до половины. Опустила туда все три шарика. Стальной шарик утонул, упал на дно: сталь ведь тяжелее воды. А парафиновый и пробочный плавали на поверхности. Затем в баночку долила раститель­ное масло. Масло легче воды и расположится сверху. Поверхность раздела будет хорошо видна. И на этой поверхности окажется шарик из парафина. Нижняя часть его будет в воде, верхняя — в масле. Пробковый находится на поверхности масла. Три шарика занимают три разных «этажа».Объяснение:

Парафиновый шарик не всплывет на самый верх потому, что парафин хотя и легче воды, но тяжелее масла. А вот пробковый шарик и в масле плавает.

Опыт 2. «Яйцо в солёной воде»

Я взяла две полулитровые стеклянные банки и одну из них наполнила чистой водой. Опустила в нее сырое яйцо. Оно утонуло, пошло ко дну. Во вторую банку налила крепкого раствора поварен­ной соли. На пол-литра воды достаточно двух столовых ложек соли, чтобы яйцо плавало.

Затем взяла третью банку, литровую. Пере­ложила в нее яйцо и подливала по очереди воду из обеих маленьких банок. Мне удалось получить такой раствор, в котором яйцо не всплывало на поверхность, но и ко дну не пошло. Оно держится посреди раствора, как подвешенное.

Объяснение: В первом случае плотность яйца больше плотности воды и поэтому яйцо утонуло. Во втором случае плотность солёной воды больше плотности яйца, поэтому яйцо плавает на поверхности. В третьем случае плотности почти одинаковы, поэтому яйцо находится внутри жидкости.Опыт3. «Газированная вода, виноград и физика…»

Газированная вода, а также все фруктовые и минеральные воды, которые продаются в бутылках, насыщены газом под давлением. Но вот бутылка открыта, вода налита в стакан. Газ выходит в пене и брызгах. Но часть его еще осталась. Эта часть про­должает постепенно выделяться, осе­дая пузырьками на стенках стакана. В такой вот стакан со свеженали­той газированной водой я бросила вино­градину. Она чуть тяжелее воды и опустилась на дно. Но на нее тут же начали садиться пузырьки газа.

Словно маленькие воздушные шарики! Вскоре их стало так много, что виноградина всплыла. Через некоторое время виноградинка снова опустилась на дно. Затем вновь поднялась и опустилась. И так до тех пор, пока вода не «выдохнулась».

Объяснение:

Когда виноградинка поднялась на поверхность, то пузырьки газа полопались, и потяжелевшая виноградинка опустилась на дно. Но на дна она обрастает пузырьками газа, архимедова сила увеличивается и виноградинка поднимается на верх. И так до тех пор, пока вода не «выдохнется».

Глава 2.

Определение выталкивающей силы.

Я рассчитывала выталкивающую силу двумя способами: пользуясь расчётной формулой и динамометром.1 способ.

Определение силы Архимеда, пользуясь расчётной формулой :Fа = g ρж Vт

Я взяла два испытуемых тела: одно правильной форы, другое – неправильной. Объём тела неправильной формы я определила с помощью мерного сосуда. А объём тела правильной формы, пользуясь формулой объёма прямоугольного параллелепипеда. Тела погружала в воду (полное погружение).

Определение силы Архимеда с помощью динамометра.

Для определения силы Архимеда этим способом я определяла вес этих тел в воздухе, затем в жидкости. Найдя разность между весом тела в воздухе и воде, я тем самым нашла силу Архимеда.

Вывод: определение силы Архимеда двумя способами дало практически одинаковый результат.

Глава3.

Выяснение зависимость архимедовой силы от плотности жидкости и объёма тела.

1. Выяснение зависимость архимедовой силы от плотности жидкости.

Для выяснения этой зависимости я испытуемые тела помещала в разные по плотности жидкости: вода, подсолнечное масло.

Вывод: сила Архимеда зависит от плотности жидкости: чем больше плотность жидкости, тем больше сила Архимеда.2.Выяснение зависимость архимедовой силы от объёма тела.

Для выяснения этой зависимости я взяла испытуемые тела разного объема и те же тела я затем наполовину помещала в жидкость.

Вывод: сила Архимеда зависит от объема тела: чем объема тела погруженного в жидкость, тем больше сила Архимеда.

Глава 4.

Роль выталкивающей силы в жизни живых организмов.

На тело находящееся внутри жидкости, действуют две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и архимедова сила, направленная вертикально вверх. Под действием этих сил тело может тонуть, плавать внутри жидкости и всплывать.

Из всех проведённых опытов и экспериментов можно сделать общий вывод: чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость.

Плотность живых организмов, населяющих водную среду, очень мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается архимедовой си­лой. Благодаря этому водные животные не нуждаются в столь массивных скелетах, как наземные. Но если эти животные попадают на сушу, то они погибают. Например: кит дышит лёгкими, и регулирует глубину своего погружения за счёт уменьшения и увеличения объёма лёгких, но, попадая случайно на сушу, не проживает и часу. Масса кита достигает 90-100 т. В воде эта масса частично уравновешивается выталкивающей силой. На суше у кита под действием столь огромной массы сжимаются кровеносные сосуды, прекращается дыхание и он погибает.

Интересна роль плавательного пузыря у рыб. Это единс­твенная часть тела рыбы, обладающая заметной сжимаемостью; сжимая пузырь усилиями грудных и брюшных мышц, рыба меняет объем своего тела и тем самым среднюю плот­ность, благодаря чему она может в определенных пределах ре­гулировать глубину своего погружения.

Важным фактором в жизни водопла­вающих птиц является наличие толстого слоя перьев и пуха, не пропускающего воды, в котором содержится значительное количество воздуха; благодаря этому своеобразному воздуш­ному пузырю, окружающему все тело птицы, ее средняя плот­ность оказывается очень малой. Этим объясняется, тот факт, что утки и другие водоплавающие мало погружаются в воду при плавании.

С точки зрения законов физики очень интересно существование паука-серебрянки. Паук-серебрянка устраивает свое жилище — подводный колокол — из крепкой паутины. Сюда паук приносит с поверхности пузырьки воз­духа, задерживающиеся между тонкими волосками брюшка. В колоколе он собирает запас воздуха, который время от вре­мени пополняет; благодаря этому паук может долго находиться под водой.

Многие водные растения сохраняют вер­тикальное положение, несмотря на чрезвычайную гибкость их стеблей, потому, что на концах их разветвлений заключены крупные пузыри воздуха, играющие роль поплавков. Не нуждаются они и в твёрдых стеблях, так как их поддерживает выталкивающая сила воды. Кроме того, если бы такие растения имели твёрдый стебель. То вода во время волнений могла бы сломать его.

Любопытное водное растение — чи­лим (водяной орех) растет по заводям Волги, в озерах, лиманах. Плоды его (водяные орехи) достигают 3см в диаметре и имеют форму, похожую на морской якорь с несколькими острыми рожками или без них. Этот «якорь» служит для того, чтобы удержать на подходящем месте молодое прорастающее рас­тение. Когда чилим отцветает, под водой начинают образо­вываться тяжелые плоды. Они могли бы потопить растение, но как раз в это время на черешках листьев образуются взду­тия — своего рода «спасательные пояса». Тем самым увеличи­вается объем подводной части растений; возрастает, следова­тельно, выталкивающая сила. Этим достигается равновесие между весом плодов и возникающей за счет вздутий выталки­вающей силой.

III. Заключение.

В ходе выполнения проекта, проводя опыты и эксперименты, знакомясь с научно-популярной литературой по теме, я поняла, что знания не разделяются на «физические» и «биологические» и какие то другие. Общий объект изучения у всех наук – человек + природа. Все явления природы взаимосвязаны между собой, как и наши знания.

Например, на поведение рыб в воде влияет целый ряд взаимосвязанных природных явлений. В ненастную погоду (перед дождём или снегом) рыба в водоёмах поднимается на поверхность, а в ясную опускается на дно. Атмосферное давление при ненастной погоде понижено. А при пониженном давлении содержание воздуха и кислорода в воде уменьшается. Рыба поднимается на поверхность. При подъёме плавательный пузырь и объём всего тела рыбы увеличивается и она плавает уже на меньшей глубине. При ясной погоде атмосферное давление повышенное, содержание воздуха и кислорода в воде достаточно, поэтому рыба себя хорошо чувствует на дне. Когда рыба с помощью мышц опускается на большую глубину и давление воды на неё увеличивается, пузырь сжимается, объём тела рыбы уменьшается, и она не выталкивается вверх, а плавает на глубине.

Благодаря существованию архимедовой силы плавают суда по рекам, озерам, морям и океанам. Человек научился использовать полученные знания. Но очень часто забывает об экологических аспектах.

Например, пролитая нефть образует нефтяную плёнку на поверхности водоёма. Образование плёнки на поверхности ведёт к уничтожению живой жизни водоёма т.к. прекращается доступ кислорода. Попадание нефти на перья птицы ведёт к её гибели: уменьшается её объём- это ведёт к увеличению средней плотности птицы и птица тонет или же наблюдается переохлаждение организма. Бросая различные предметы в воду, которые тонут, человек сам загрязняет дно водоёма.

Сплав леса по рекам нарушает природный баланс. Древесина, долгое время находясь в воде, намокает, плотность древесины увеличивается и становится больше, чем плотность воды. Происходит затопление древесины. Гниение древесины в воде наносит значительный ущерб рекам.

Знания о существовании выталкивающей силы могут помочь человеку и в экстремальных ситуациях. Например, при тушении горящего бензина, керосина, нефти нельзя пользоваться водой. Эти нефтепродукты всегда будут находиться на поверхности воды, так как они легче воды.

Выталкивающая сила действует и на тела, помещённые в газ. Во время пожара необходимо как можно ниже наклониться к полу, так как плотность угарного газа меньше плотности воздуха и его концентрация будет больше в верхней части комнаты. Точно также нужно вести себя, если произошла утечка газа в квартире. А вот если человек оказался в аварийной ситуации при утечке хлора, то все действия наоборот. Так как плотность хлора намного плотности воздуха.

IV. Список литературы.

1. Зорин Н.И., элективный курс «»Элементы биофизики» - М., «Вако», 2007г.
2. Сёмке А.И., Занимательные материалы к урокам – М., «Издательство НЦ ЭНАС», 2006г.
3. .Волков В.А, С.В. Громова, Поурочные разработки по физике,7кл. – М. «Вако», 2005г.
4. Сергеев И.С., Как организовать проектную деятельность учащихся, М., «Аркти», 2006г.
5. Материал из Интернета , CRC Handbook of Chemistry and Physics by David R. Lide, Editor-in-Chief 1997 Edition

kurs.znate.ru

Исследование архимедовой силы | Социальная сеть работников образования

Муниципальное общеобразовательное учреждение лицей №9

им. заслуженного учителя школы РФ А.Н.Неверова

Дзержинского района города Волгограда

Районная учебно-исследовательская

конференция

для обучающихся 5-8 классов

«На  пути открытий»

Секция  Физика

Исследование Архимедовой силы

Выполнили :

Пилипосян  Сюзанна,

Мозер Ксения 8 «А»

МОУ лицей №9

Руководитель:

Учитель физики

Егорова Елена Анатольевна

2012 г.

Оглавление.

Введение………………………………………………………………….2

«Эврика» или легенда об Архимеде……………………………….4

Действие жидкости и газа на погруженное в них тело………….6

Закон Архимеда. Проверка закона Архимеда……………………7

Исследование архимедовой силы…………………………………..9

Общий вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы…………………………………………………………………...12

Решение некоторых задач на закон Архимеда…………………..13

Заключение………………………………………………………………16

Список литературы……………………………………………………..17

Введение.

Когда мы готовились в начале года к олимпиаде, то заинтересовались некоторыми задачами на  «Закон Архимеда» . Так как эта тема изучается во втором полугодии мы все же  попытались  разобраться с данной темой и решить задачи на определение выталкивающей силы. После этого мы рассмотрели  ряд таких задач  не только теоретически, но и практически. В результате этого мы решили взять эту же тему для исследования и при этом провести больше экспериментов.        

Цели работы: обнаружить наличие силы, выталкивающей тело из жидкости; выяснить природу выталкивающей силы. Проверить закон Архимеда на опыте. Исследовать зависимость (независимость) архимедовой силы от разных факторов. Решить несколько экспериментальных задач на этот закон..

Задачи исследования:

Изучить и проанализировать учебно-научную литературу о законе Архимеда.

Разработать методику проведения экспериментов.

Провести необходимые эксперименты.

Этапы исследования.

Изучение и анализ литературы по этой теме.

Создание модели проведения экспериментов.

Проведение экспериментов, анализ результатов.

Систематизация работы. Подбор наглядного материала.

Написание работы.

База исследования.

        Исследования проводились в лицее №9 в кабинете физики 2-17.Проведено было около 15 опытов.

Практическая значимость.

        Собранный материал можно использовать на уроках, спецкурсах при решении задач, а также как занимательный материал при проведении предметных недель в лицее.

Элементом новизны нашего исследования является то, что мы на опытах не только проверили справедливость закона Архимеда, т. е., что архимедова сила зависит от плотности жидкости и объема погруженной части тела, но и убедились в том, что она не зависит от других факторов. А также экспериментально решили несколько задач на этот закон.

«ЭВРИКА!» или легенда об Архимеде.

Легендарный рассказ о задаче Архимеда с золотой короной передается в различных вариантах. Древнеримский архитектор Витрувий  сообщает об этом следующее:

        «Когда Гиерон, сиракузский царь, по преданию – родственник Архимеда, достигший царской власти, пожелал в благодарность за счастливые деяния пожертвовать в какой – либо из храмов золотую корону, он повелел изготовить ее и передал мастеру необходимый материал. В назначенный срок тот принес корону. Гиерон был доволен: вес короны соответствовал количеству материала. Но позже стали доходить слухи, что мастер похитил некоторое количество золота, подменив его серебром. Гиерон, рассерженный обманом, просил Архимеда придумать способ обнаружить подмену».

        Достоверно неизвестно, каким методом пользовался Архимед, но можно предположить следующее. Сначала он нашел, что кусок чистого золота в 19,3 раза тяжелее такого же объема воды. Иначе говоря, плотность золота в 19,3 раза больше плотности воды.

        Архимеду надо было найти плотность вещества короны. Если эта плотность оказалась бы больше плотности воды не в 19,3 раза, а в меньшее число раз, значит, корона не из чистого золота.

        Взвесить корону было легко, но как найти ее объем? Вот что затрудняло Архимеда, ведь корона была очень сложной формы. Много дней мучила Архимеда эта задача. И вот однажды, когда он, находясь в бане, погрузился в наполненную ванну, его внезапно осенила мысль, давшая решение задачи. Ликующий и возбужденный своим открытием, Архимед воскликнул: «Эврика! Эврика!», что значит : «Нашел! Нашел!».

        Архимед взвесил корону сначала в воздухе, затем в воде. По разнице в весе он рассчитал выталкивающую силу, равную весу воды в объеме короны. Определив затем объем короны, он смог уже вычислить ее плотность, ответить на вопрос царя: нет ли примесей дешевых металлов в золотой короне?

        Легенда говорит, что плотность вещества короны оказалась меньше плотности чистого золота. Тем самым мастер был изобличен в обмане, а наука обогатилась замечательным открытием.

        Историки рассказывают, что задача о золотой короне побудила Архимеда заняться вопросом о плавании тел. Результатом этого было появление замечательного сочинения « О плавающих телах», которое дошло до нас.

2. Действие жидкости и газа на погруженное в них тело. Сила Архимеда.

        Под водой мы можем легко поднять камень, который с трудом поднимаем в воздухе. Если погрузить пробку под воду и выпустить ее из рук, то она всплывет.

        При погружении тела в жидкость на него со всех сторон начинает действовать гидравлическое давление. Если бы во всех точках давление было бы одинаковое, то тело только сжималось бы. А силы, действующие на верхнюю и нижнюю грани тела, неодинаковы. На точки тела, которые находятся на большей глубине, действует большее давление, т. е. преобладает сила давления, направленная вверх .

        По направлению действия эта сила названа выталкивающей или Архимедовой силой.  

Так как газы во многом похожи на жидкости, то эта сила действует и на газы.

F1 = S p1 ,     F2 = S p2;     F1 = Sg h2 ρж ;        F2= Sg h3 ρж ; значит

F1 2                FА = F2 - F1

3. Закон Архимеда. Проверка закона Архимеда.

Силу, с которой тело, находящееся в жидкости, выталкивается ее, мы рассчитали

FА = F2 - F1 = Sg h3 ρж  - Sg h2 ρж = Sg ρж (h3 - h2) = Sg H ρж  = g V ρж ; значит:      FА = g V ρж 

Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости, вытесненной этим телом. Это и есть закон Архимеда, так как был им открыт. Также эту силу мы определили на опыте. К пружине подвесели небольшое ведерко и тело цилиндрической формы. Динамометр показал вес тела в воздухе. Погрузили тело целиком в жидкость. При этом часть жидкости, объем которой равен объему тела, выливается из отливного сосуда в стакан. Вес тела уменьшается. На тело действует кроме силы тяжести, еще и выталкивающая сила. Если в ведерко вылить жидкость из стакана, то вес тела станет прежним.

Таблица 1

Вывод: P1 - P1/ = P2/ - P1/

                        FА = m ж g        или       FА = g V ж ρж

V = VЖ - объем вытесненной жидкости. Он равен объему той части тела, которая погружена в жидкость. Эта формула справедлива и для архимедовой силы, действующей в газе; только в этом случае будет плотность газа и объем вытесненного газа.

С учетом этого закон Архимеда формулируется так:

На всякое тело, погруженное в жидкость (или газ), действует со стороны этой жидкости (или газа) выталкивающая сила, равная произведению плотности жидкости (или газа), ускорения свободного падения и объема той части тела, которая погружена в жидкость ( или газ).

Или короче:

«На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная снизу вверх и равная весу жидкости или газа в объеме, вытесненном телом».

4. Исследование архимедовой силы.

Оборудование: динамометр, разные тела, стаканы с водой, растительным маслом

Исследование 1.

Архимедова сила в воде, масле, спирте, действующая на одно

и то же тело.

Подвесили алюминиевый цилиндр к крючку динамометра. Опустили цилиндр сначала в воду, потом в подсолнечное масло. Измерили в каждом случае архимедову силу.

Результаты измерений занесли в таблицу.

Таблица 2.

Вывод. Архимедова сила зависит от плотности жидкости, чем больше плотность жидкости, тем архимедова сила больше.

Исследование 2.

Архимедова сила в пресной воде, масле, действующая на тела одинакового объема, но разной плотности.

Измерили и вычислили архимедовы силы, действующие на алюминиевый и стальной цилиндры одинакового объема в воде и в масле.

Таблица 3.

Вывод. Архимедова сила не зависит от плотности тела. Исследование 3.

Архимедова сила в зависимости от погруженной в жидкость

части объема тела.

Подвесили к динамометру цилиндр и опустили в воду постепенно: сначала на ¼ объема ( объем пропорционален высоте цилиндра), затем на 1/3 и т.д. Каждый раз вычисляли архимедову силу, а результаты занесли в таблицу.

Таблица 4.

Вывод. Архимедова сила зависит от объема тела, погруженного в жидкость. Во сколько раз больше объем погруженной части, во столько раз архимедова сила больше.

Исследование 4.

Архимедова сила в зависимости от положения тела в жидкости.

Опустили   брусок   полностью   в   воду   сначала   вертикально,   затем горизонтально. Определили в каждом случае выталкивающую силу

Таблица 5.

Вывод. Архимедова сила не зависит от положения бруска.

Исследование 5.

Архимедова сила в зависимости от формы тела постоянного

объема и плотности.

Из   пластилина   сделали   шарик,   кубик   и   диск.   С   помощью динамометра определили в каждом случае архимедову силу.

Таблица 6.

Вывод. Архимедова сила не зависит от формы тела.

Исследование 6.

Архимедова сила в зависимости от глубины погружения.

Определили архимедовы силы, действующие на тело на глубине h2 и на глубине h3, большей, чем h2.

 Таблица 7.

Вывод. Архимедова сила не зависит от глубины погружения тела.

5. Общий вывод о зависимости (независимости) архимедовой силы.

Таблица 8.

6. Экспериментальные задачи на закон Архимеда.

В работе мы решили еще несколько экспериментальных задач на закон Архимеда. Сначала я высказывал предположение о задаче, т.е. что должно получиться и почему, а потом проверили эти предположения на опыте, или наоборот.

Задача 1. Имея динамометр, стакан с водой и гирьку, определить плотности двух других жидкостей и сравнить с табличными значениями.

Прежде, чем проводить опыт, я решил эту задачу, рассуждая так: Архимедовы силы при погружении гирьки в жидкости будут определяться по формулам:   F1 = g V  ρ1 ,    F2 = g V  ρ2

или

F1 = P-P1   ,        F2=P-P2, где

Р — вес тела в воздухе,

P1 , Р2 — вес тела в жидкостях.

ρ1= F1/gV        ρ2=F2/gV

А объем гирьки найдем из формулы FА= g ρ BV

V = FА/gρ B,     F а = Р —Р /    где     Р' - вес тела в воде.

Теперь решили эту задачу экспериментально, результаты занесли в таблицу.

Таблица 9

V = FA /g рв = 0,3: 104 = 3∙10 -5 м3

ρ1= FA1 / gV = 0,28 : 3 10-4 = 930 кг/ м3 , это значит масло подсолнечное

ρ2= FA2 / gV = 0,24 : 3∙10 -4 = 800 кг/ м3, это спирт.

Задача 2. В каком случае уровень воды в сосуде поднимется больше: когда в него опускают связанные ниткой алюминиевое тело и брусок из дерева, или когда эти тела не связаны друг с другом? Ответ проверить опытом.

Решение. Когда тела связаны между собой, объем погруженной части бруска больше, поэтому в этом случае уровень воды в сосуде поднимется выше. На опыте получилось также.

Задача 3. Пробирка с кусочком пластилина внутри плавает в воде. Изменится ли и как глубина ее погружения, если этот

кусочек пластилина приклеить ко дну пробирки снаружи? Ответ обосновать и проверить опытом.

На опыте мы убедились, что глубина погружения пробирки уменьшилась. Действительно, архимедова сила станет больше, так как уменьшается объем подводной части пробирки на величину объема пластилина.

    Интересный случай у нас получился с этой задачей.

Эта задача есть в сборнике вопросов и задач по физике В.И.Лукашика и в книге «Экспериментальные задачи по физике в 6-7 классах» И.Г.Антипина. Также есть решебник для сборника. И там ответ написан, что глубина не изменится, а в другой книжке - глубина уменьшится. Мы проверили это на опыте и убедились в том, что глубина, действительно , уменьшилась.

620°*. Пробирка, в которой находится брусок  пластилина плавает  в воде   (рис. 189а),  Изменится ли  глубина

погружения пробирки в воду, если пластилин вынуть и подклеить ко дну (рис. 189, б)? Если изменится, то как? Ответ обоснуйте.

Ответ: 620. Пробирка, в которой находится брусок пластилина, плавает в воде (рис. 189 а). Если пластилин вынуть и подклеить ко дну пробирки (рис. 189 б), то глубина погружения пробирки в воду не изменится, так как по-прежнему будет вытесняться количество воды, равное весу системы «пробирка + пластилин». Если же пластилин отвалится и утонет, то глубина погружения пробирки уменьшится.

158°. Пробирка с кусочком пластилина внутри плавает в воде. Изменится ли и как глубина ее погружения, если этот кусочек пластилина приклеить ко дну пробирки снаружи? Ответ обосновать и проверить опытом.

Ответ: 158.  Глубина погружения пробирки уменьшится, так как уменьшается объем подводной части пробирки на величину объема пластилина.        

Мы проделали еще несколько экспериментальных задач и еще много можно было делать опытов, но все они подтверждают закон Архимеда.        

Заключение

Проделанная работа позволяет не только лучше понять закон Архимеда, но и научиться на опытах определять архимедову силу, проверять правильность закона Архимеда. В результате проделанных опытов был сделан вывод, что архимедова сила зависит только от плотности жидкости и объема тела, погруженного в эту жидкость.

Также мы поняли, что многие задачи на закон Архимеда можно решить не только теоретически, но и практически.

Помимо проделанных экспериментов, была изучена дополнительная литература об Архимеде, о плавании тел, воздухоплавании.

Литература:

Я. И. Перельман. Знаете ли вы физику? Домодедово «ВАП», 1994.

Г. Роуэлл, С. Герберт. Физика. Москва «Просвещение», 1994.

И. Г. Антипин. Экспериментальные задачи по физике. Москва «Просвещение», 1994.

А.А. Пинский, В, Г. Разумовский. Физика и астрономия. Москва «Просвещение», 1993.

А. В. Перышкин, Н.А. Родина. Физика 6-7. Москва «Просвещение», 1986.

nsportal.ru

Смотрите также

• 
  Ботнеты плацдарм современных кибератак реферат
• 
  Государственный строй современной великобритании реферат
• 
  Парезы и параличи неврология реферат
• 
  Приватизация земель в башкортостане реферат
• 
  Реферат о огмс имени кренкеля
• 
  Реферат советский округ города омска
• 
  Реферат тушение пожаров в галереях
• 
  Услуги саморегистрации в аэропорту реферат
• 
  Титульный лист реферата сзиу ранхигс
• 
  Елена павловна великая княжна реферат
• 
  Реферат муниципальные системы зарубежных стран