Виштовхувальна сила
Епіграф
Фізика – ідеальний полігон для тренування розуму.
А Ейнштейн
Мета заняття: з’ясувати причини виникнення виштовхувальної сили у рідинах і газах; з'ясувати природу її походження.
План заняття № 6:
1. Виштовхувальна сила
2. Закон Архімеда
3. Вимірювання сили Архімеда
4. Умови плавання тіл
1. Виштовхувальна сила
Рідина тисне на дно і стінки посудини, а якщо всередину рідини помістити яке-небудь тверде тіло, то воно також зазнаватиме тиску. Рідина тисне на всі грані тіла, але тиск цей неоднаковий. Адже нижня грань тіла занурена у рідину більше, ніж верхня, а тиск з глибиною зростає. Тобто сила, яка діє на нижню грань тіла, буде більшою, ніж сила, яка діє на верхню грань. Через це виникає сила, яка намагається виштовхнути тіло з рідини.
Рис. 1
2. Закон Архімеда
Отже на тіло, яке занурене в рідину чи газ діють такі сили:
- сила тиску рідини, яка діє на тіло з усіх боків з різними величинами і залежить від глибини занурення тіла, чим глибше, тим тиск на бокові стінки більший, але слід враховувати те, що тиск, який діє на одній глибині однаковий, і відповідно рівнодійна цих сил рівна нулю.
- тиск, що діє на верхню і нижню частини будь-якого тіла, відрізняється на величину рівну різниці глибин верхньої і нижньої основи. Рівнодійна цих сил і є виштовхувальною силою або силою Архімеда.
Рис. 2
де Fарх — архімедова сила,
ρрід(газу) — густина рідини або газу,
Vтіла — об’єм зануреної частини тіла.
Архімедова сила дорівнює вазі рідини в об’ємі кубика: 𝐅арх=𝐏рід
Рис. 3
Закон Архімеда: — основний закон гідростатики та аеростатики, згідно з яким на будь-яке тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, яка дорівнює вазі витисненої даним тілом рідини (газу) і за напрямом протилежна їй і прикладена у центрі мас витісненого об'єму рідини (газу).
Якщо тіло занурено частково у рідину, то при розрахунку враховують об’єм тільки зануреної частини тіла. Архімедова сила прикладена до центра зануреної частини тіла і напрямлена вертикально вгору.
Цей закон не виконується в умовах невагомості та для дуже малих тіл, якщо їх молекулярна взаємодія з поверхнею води виявляється значною.
3. Вимірювання сили Архімеда
Вперше виштовхувальну силу розрахував давньогрецький учений Архімед, який жив у ІІІ ст. до н.е. От чому цю силу і називають архімедовою.
Як можна визначити силу Архімеда?
1 спосіб:
Архімедову силу можна розрахувати за формулою:
2 спосіб:
За допомогою динамометра знайти вагу тіла в повітрі та вагу тіла, зануреного в рідину. Архімедова сила дорівнює різниці показів динамометра.
3 спосіб:
За допомогою відливної посудини. Занурити тіло у заповнену водою відливну посудину. Вода, витиснена тілом, виллється. Знайти вагу вилитої води. Це значення і є значенням архімедової сили.
4. Умови плавання тіл
Ми знаємо, що на будь-яке тіло, що знаходиться в рідині, діють дві сили, спрямовані в протилежні сторони: сила тяжіння і архімедова сила. Сила тяжіння дорівнює вазі тіла і спрямована вниз, архімедова ж сила залежить від щільності рідини і спрямована вгору. Під дією цих сил тіло, яке на початку було нерухоме, рухатиметься в бік більшої сили. При цьому можливі такі варіанти.
Рис. 4
Розглянемо випадок, коли тіло плаває всередині рідини:
Отже, умови плавання тіл можна сформулювати двома способами: порівнюючи силу тяжіння і Архімеда або густини рідини і тіла, яке в ній перебуває.
Використана література:
-
Задніпрянець І.І. Сучасні технології у викладанні фізики. – К.: Шк.світ, 2011.
-
Сиротюк В. Фізика. Підручник для 8 класу. – К.: Зодіак-ЕКО, 2008.
-
Савченко В.Ф. Коршак Є.В. Ляшенко О.І. Уроки фізики у 7-8 класах. –К.: Ірпінь, Терун, 2003.
-
Карасюк К. газ. Фізика «Шкільний світ» № 7 (199), березень 2004.
-
Іванова Ж.В. Фізика 8 клас. Розробки уроків.- Х.: «Веста», 2009.
-
Божинова Ф.Я. Ненашев І.Ю. Кірюхін М.М. Фізика. Підручник для 8 класу. – Х.: Ранок-НТ, 2008.
-
Генденштейн Л.Е. Фізика. Підручник для 8 класу. – Х.: Гімназія, 2008.
-
Борецький К.П. Сполучені посудини
Приклад розв'язування задач
Задачі до теми
Питання до теми
Тест до теми
