Embedded Files
Цель: опытным путем изучить выталкивающую силу и ее зависимость от объема погруженной части тела и плотности жидкости; рассчитать абсолютную погрешность прямых измерений объема.
Оборудование: стакан с водой, мензурка, динамометр, два однородных цилиндра равных объемов, изготовленных из разных металлов, третий цилиндр другого объема, нить, сосуды с водой и насыщенным раствором соли, штатив с лапкой.
Проверь себя
Ответьте письменно на вопросы.
Какова причина появления выталкивающей силы?
Причина возникновения выталкивающей силы - наличие сил давления, с которыми жидкость (газ) действует на тело. Направленная верх сила давления жидкости, действующая на нижнюю поверхность тела, больше, чем сила, направленная вниз и действующая на верхнюю поверхность.
2. От чего зависит выталкивающая сила?
Выталкивающая сила зависит от объема части тела, погруженной в жидкость и плотности жидкости.
Ход работы
Подвесьте один из цилиндров на нити и опустите в мензурку с водой. Определите его объем. Измерьте объем не менее трех раз, вычислите среднее значение объема цилиндра. (Для определения объема погруженного цилиндра необходимо записать объем воды, налитой в мензурку, опустить в нее цилиндр на нитке и снова записать новый объем воды. Разность значений объемов и будет объемом опущенного цилиндра. Ниже приведены вероятные объемы цилиндров. Вам необходимо записать значения, измеренные вами. Найти среднее значение - для одного цилиндра сделать замеры три раза и найти их среднее арифметическое).
V₁ = 20 мл = 20 • 10⁻⁶ м³ объем алюминиевого цилиндра
V₂ = 20 мл = 20 • 10⁻⁶ м³ объем железного цилиндра
V₃ = 20 мл = 20 • 10⁻⁶ м³ объем пластмассового цилиндра
2. Определите вес P₁ = F₁₁ данного цилиндра с помощью динамометра. Данные занесите в таблицу (Определить вес в воздухе нужно для каждого цилиндра: F₁₁, F₁₂, F₁₃, затем сделать то же самое, но опустив цилиндр в воду F₂₁, F₂₂, F₂₃)
Сделайте те же измерения для цилиндра, опуская его в солевой раствор (достаточно для одного из цилиндров, лучше большего объема). FА₁ = F₁₁ - F₂₁ , FА₂ = F₁₂ - F₂₂, FА₃ = F₁₃ - F₂₃
Плотность вещества погруженного тела не влияет на значение выталкивающей силы. Чем больше объем тела, тем больше выталкивающая сила. Чем больше плотность жидкости, тем больше выталкивающая сила.
8. Используя данные измерений объемов цилиндров, вычислите вес воды в объеме , равном объему погруженной части каждого цилиндра. Сравните полученные значения веса воды со значениями выталкивающих сил, действующих на цилиндры в воде. Сделайте вывод
FА =mв g = ρвVпогрg = 1000 кг/м³ • 9,81 Н/кг • 20 • 10⁻⁶ м³ = 0.19 Н = Pж
Вес вытесненной воды равен силе Архимеда, действующей на тело
9. Рассчитайте методом цены деления абсолютную погрешность измерения объема ΔV одного из цилиндров и запишите результат прямых измерений объема в интервальной форме V = <V> ± ΔV
Объем цилиндра определялся с помощью мензурки с ценой деления ΔV = 1,0 см ³ = 1• 10⁻⁶ м³. <V> = 20 • 10⁻⁶ м³.
V = (20 ± 1)• 10⁻⁶ м³.
Ответьте на контрольные вопросы
Какова причина выталкивания цилиндра жидкостью?
Выталкивающая сила возникает за счет разности сил давления жидкости, действующей на нижнюю и верхнюю часть цилиндра
2. Изменится ли вес цилиндра при его погружении в воду?
Изменится. Он станет меньше на величину выталкивающей силы, действующей на цилиндр
3. Будет ли действовать выталкивающая сила, если нижнее основание цилиндра будет плотно прижато ко дну сосуда с водой?
Если нижнее основание будет плотно прижато ко дну сосуда, то на него не будет действовать сила давления жидкости и выталкивающая сила на цилиндр действовать не будет
Выводы:
Изучение выталкивающей силы показало, что чем больше плотность жидкости и объем погруженной части тела, тем больше ее модуль. Выталкивающая сила не зависит от плотности погруженного тела и равна весу вытесненной жидкости. Также рассчитана абсолютная погрешность прямых измерений объема цилиндра. ΔV = 1,0 см ³
Суперзадание
Как с помощью только одной мензурки с водой определить плотность древесины небольшого тела?
Опустим деревянный цилиндр в мензурку. Так как плотность дерева меньше воды, он будет плавать в воде, погрузившись в нее частично. С помощью мензурки узнаем объем погруженной части (разность уровней воды до и после погружения). Тогда по первому закону Ньютона FА = Fт FА = ρвVпогрg Fт= mцg = ρцVцg
ρвVпогрg = ρцVg ρвVпогр = ρцVц ρц = ρвVпогр /Vц. Осталось определить объем всего цилиндра (нажав на него до полного погружения) и провести вычисления.
Google Sites
Report abuse