Урок 48 Тема: «Закон Архимеда» Цель урока: вывести правило для вычисления архимедовой силы 1. 2. 3. 4. Ход урока I. Проверка домашнего задания Сформулируйте закон Паскаля.(Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку одинаково во всех направлениях) Как доказать, основываясь на законе Паскаля, существование выталкивающей силы, действующей на тело погруженное в жидкость? (Давление на верхнюю поверхность погруженного в жидкость тела меньше давления этой жидкости на его нижнюю поверхность. Сила давления на боковые поверхности одинакова по закону Паскаля. Давление снизу превышает давление сверху и стремится вытолкнуть тело на поверхность. Как на опыте показать, что на тело, находящееся в жидкости или газе действует выталкивающая сила? (Взвесить груз или тело вначале в воздухе, затем в жидкости. Вес тела в жидкости или газе окажется меньше за счет выталкивающей силы. Как направлена выталкивающая сила? (Сила, выталкивающая тело из жидкости или газа, направлена противоположно силе тяжести, приложенной к этому телу) Напишите выражение для расчета величины выталкивающей силы, действующей на тело, погруженного в жидкость. (Рассчитаем выражение для выталкивающей силы. Fвыт = F2 – F1. Силы F2 и F1, действующие на верхнюю и нижнюю грани параллелепипеда можно вычислить зная их площади S2 и S1 и давление жидкости p1 и p2 на уровнях этих граней . Отсюда получаем формулы: F1= p1 S1; F2= p2 S2; так как p1 = ρж ∙gh1; p2 = ρж ∙gh2; а S1= S2= S, где S площадь основания параллелепипеда. Тогда Fвыт = F2 – F1= ρт ∙gh2S – ρт ∙gh1S = ρт ∙gS (h2 – h1) = ρт ∙gS h, где hвысота параллелепипеда. Но S h= V, где V – объем параллелепипеда, а ρжV = mж- масса жидкости в параллелепипеде. Следовательно Fвыт.= ρжgV = gmж = Pж. , то есть выталкивающая сила равна весу жидкости в объеме погруженного в нее тела.) II. Изучение нового материала. При погружении тела в жидкость часть ее вытесняется. Объем вытесненной жидкости равен объему погруженного тела. Определим значения выталкивающей силы на опыте. С помощью этого опыта доказывается численное значение силы, действующей на тело, находящееся в жидкости, зависимость выталкивающей силы от глубины погружения тела. Итак, силу, с которой тело находящееся в жидкости, выталкивается ею, можно рассчитать. Опыт на рис. 139учебника. К пружине подвешивают небольшое ведерко и тело цилиндрической формы. Растяжение пружины отмечает стрелка на штативе. В данный момент она показывает вес тела в воздухе. Приподняв тело, подставим отливной сосуд, наполненный жидкостью до уровня отливной трубки. После чего погружаем тело целиком в жидкость. При этом наблюдаем, что часть жидкости, объем которой равен объему тела, выливается через отливной сосуд в стакан. Указатель пружины поднимается вверх, показывая, что вес тела в жидкости уменьшается. В данном случае на тело, кроме сила тяжести, действует еще и сила, выталкивающая его из жидкости. Если в ведерко вылить жидкость из стакана, то указатель пружины примет первоначальное положение. На основании этого опыта можно сделать вывод: сила, выталкивающая целиком погруженное в жидкость тело, равна жидкости в объеме этого тела. То же самое можно сказать и о телах, прогруженных в какой-либо газ. Сила, выталкивающая тело из газа, также равна весу газа, взятого в объеме тела. Силу, выталкивающую тело из жидкости или газа, называют архимедовой силой, в честь древнегреческого ученого Архимеда, который первый указал на существование выталкивающей силы и рассчитал её значение. Закон Архимеда гласит так: если тело погружено в жидкость(или газ), то оно теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость (или газ). Рассчитаем её на основании приведенного опыта: архимедова сила равна весу жидкости в объеме тела, т.е FA= Pж= gmж. Массу жидкости выразим через её объем и плотность, т.е. mж= ρж∙Vт. Следовательно, архимедова сила зависит от плотности жидкости, в которую погружено тело, и от объема тела. Обратите внимание, что архимедова сила не зависит от плотности вещества тела, погруженного в жидкость, так как эта величина не входит в полученную формулу. Определим теперь вес тела, погруженного в жидкость или газ. Так как две силы, действующие на тело – это сила тяжести и архимедова сила направлены в противоположные стороны, то вес тела в жидкости Р1 будет меньше веса тела в вакууме P = gm (m – масса тела) на архимедову силу FA= gmж(mж – масса жидкости или газа), вытесненного телом, то есть Р1 = Р - FA, или P1 = gm - gmж. Таким образом: - если Архимедова сила меньше силы тяжести (FA < gm), то тело будет тонуть; - если Архимедова сила равна силе тяжести(FA = gm), то тело будет плавать; Если Архимедова сила больше силы тяжести(FA > gm), то тело будет всплывать. III. Закрепление изученного Решение задач 1. Площадь льдины – 4 м2, толщина – 0,25м. Погрузится ли льдина целиком в воду, если на ее середину встанет человек, на которого действует сила тяжести 700Н? Плотность льда – 900кг/м3, плотность воды - 1000кг/м3. Fвыт.= ρжgV V= Sh = 4х0,25 = 1,0м3; F = Fт л+ Fт в = (0,25м ∙900кг/м3∙1м3)+ (0,25м ∙1000кг/м3∙1м3)= 475Н. 700Н >475 Н. Ответ: льдина не погрузится. 2. Бетонная плита объемом 2м погружена в воду. Какую силу необходимо приложить, чтобы удержать ее в воде? В воздухе? IV. Домашнее задание 1. § 49, вопросы к параграфу 2. Упражнение 24 (1-3)