MÔ HÌNH TÀU
Hãy thử cắt một chiếc thuyền từ vỏ cây thông dày. Đáy của nó phải được trang bị một sống tàu làm bằng tấm sắt. Đặt thuyền trên mặt nước và vẽ một đường dọc theo ranh giới ngâm của nó (bằng sơn dầu màu đỏ). Sau khi pha dung dịch muối xong, đổ dung dịch này vào một chậu sâu rồi lại cho thuyền nổi trong đó. Độ sâu ngâm của nó trong nước muối một lần nữa phải được đánh dấu bằng một vạch, chỉ có màu khác (trắng, xanh). Làm thế nào để giải thích độ sâu lặn khác nhau của thuyền trong trường hợp thứ nhất và thứ hai?
TRỨNG CÓ NỔI KHÔNG?
Đặt một quả trứng sống tươi vào bình nước. Quả trứng sẽ chìm. Cho muối vào nước, khuấy nhẹ, không chạm vào trứng. Khi độ mặn của nước tăng lên, trứng bắt đầu nổi và với dung dịch muối bão hòa, trứng sẽ nổi lên mặt nước.
CORK TRONG CHAI
Nếu bạn đặt một nút chai nhỏ vào một chai nước và sau đó cố gắng đổ nước từ chai vào nút chai này thì điều này không phải lúc nào cũng thành công.
Mỗi lần đổ nước ra, nút chai sẽ được đóng đinh vào đáy chai. Và chỉ với phần nước cuối cùng, bạn mới có thể đổ nút chai ra khỏi chai.
Hãy thử kiểm tra điều này và giải thích!
ĐÈN NẾN NƯỚC
Ném một cây nến stearine xuống nước. Cô ấy sẽ bơi nằm nghiêng. Bạn không thể thắp một ngọn nến theo cách đó. Bạn cần phải dùng đinh để cân phần đầu dưới. Chỉ cần đừng cố ấn chiếc đinh này vào: stearin sẽ vỡ vụn. Móng tay phải được làm nóng, sau đó nó sẽ thấm vào như dầu và bám tốt.
Chọn một chiếc đinh sao cho gần như toàn bộ cây nến chìm trong nước. Chỉ có bấc và mép của stearin vẫn ở trên bề mặt. Ly nước mà ngọn nến này nổi lên sẽ trở thành một chân nến tốt. Thắp bấc lên thì nến sẽ cháy khá lâu.
Nhưng tại sao? Và ngọn nến sẽ cháy được bao lâu?
Rốt cuộc nó sắp cháy thành nước và tắt đi?
Nhưng điều này không xảy ra. Nước làm mát stearin từ bên ngoài. Do đó, các cạnh của nến sẽ tan chảy chậm hơn và hình thành một phễu sâu xung quanh bấc. Ngọn nến sẽ biến thành một chiếc thuyền stearine, nó sẽ dần dần nổi lên. Và mặc dù ngày càng có ít stearin, ngay cả một cục than nhỏ được đóng bằng đinh cũng sẽ không chìm. Ngọn nến sẽ cháy gần hết.
Làm thế nào để giải thích hiện tượng này?
Trong quá trình đốt cháy, trọng lực của nến giảm dần. Để nó cân bằng, lực nổi phải giảm và điều này chỉ có thể thực hiện được khi nến đi lên.
Nhân tiện, nến của chúng tôi có một lợi thế quan trọng. Một ngọn nến đã cháy sẽ không bao giờ bắt lửa: bấc nến sẽ bị nước dập tắt.
CHÌM HOẶC NỔI
Lấy một chai thuốc thủy tinh nhỏ đổ đầy nước sao cho lực hấp dẫn của chai cùng với nước trong đó lớn hơn lực nổi một chút. Đặt chai lộn ngược vào cốc nước cao và chai sẽ chìm. Làm ấm kính.
Tại sao bong bóng nổi lên sau một thời gian?
Khi đun nóng, áp suất không khí trong bong bóng tăng lên và một phần nước chảy ra khỏi bong bóng. Tổng trọng lực của bong bóng nước trở nên nhỏ hơn lực nổi và bong bóng nổi lên.
ĐẶC BIỆT DÀNH CHO NGƯỜI CHỊU NƯỚC
Bạn có thể thường xuyên quan sát cách một người chết đuối kêu cứu, giơ tay lên khỏi mặt nước.
Liệu anh ấy có đang làm điều đúng đắn không?
Hóa ra là không. Điều này có thể được xác minh bằng kinh nghiệm. Để tiến hành thí nghiệm, lấy một ống nghiệm có nút đậy. Chèn một sợi dây vào nút chai, ở hai đầu gắn hai que gỗ - que diêm. Thêm nước hoặc các phần phân đoạn vào ống nghiệm hoặc cho một miếng nhựa vào.
Hai cây gậy và một cái nút chai tương ứng tượng trưng cho bàn tay và đầu của một người. Nếu nhấc que lên thì khi thả ống nghiệm xuống nước thì nút đậy sẽ chìm trong nước (A). Uốn cong gậy xuống. Nếu bây giờ bạn hạ ống nghiệm xuống nước, nút sẽ xuất hiện phía trên mặt nước (B).
Làm thế nào để bạn giải thích hiện tượng quan sát được?
Ống nghiệm này hoạt động giống như một vật thể nổi trên mặt nước. Lực hấp dẫn của nó được cân bằng bởi lực Archimedean, bằng lực hấp dẫn của nước bị ống nghiệm chiếm chỗ. Hơn nữa, một phần thể tích của ống nghiệm nằm trên mặt nước. Trong trường hợp đầu tiên, nó bằng thể tích của các que trên mặt nước; trong trường hợp thứ hai, nó được xác định bởi một phần của nút chai.
TRẢI NGHIỆM VỚI CÁC TRẬN ĐẤU
Ngâm vài que diêm trong nước trong một ngày. Sau đó đặt chúng vào một cái chai chứa đầy nước đến miệng. Lấy một nút nhựa hình ống lót và đặt nó lên ngón trỏ của bạn. Đóng cổ chai bằng nút chai và tạo áp lực lên nước qua nút chai. Khi áp suất tăng, que diêm chìm xuống; khi áp suất giảm, chúng nổi lên. Bằng cách thay đổi áp suất, bạn có thể làm cho chúng nổi trong nước ở bất kỳ độ sâu nào.
Làm thế nào để giải thích điều này?
Hiện tượng này được giải thích bằng định luật Pascal và lực Archimedean. Có bọt khí bên trong que diêm. Khi áp suất tăng, bong bóng giảm. Tổng trọng lực của que diêm với nước lớn hơn lực nổi nên chúng chìm xuống. Khi áp suất giảm, các bong bóng tăng thể tích. Tổng trọng lực của que diêm với nước trở nên nhỏ hơn lực nổi và chúng nổi lên.
"TrỨNG TUYỆT VỜI"
Đặt quả trứng vào hộp thủy tinh chứa đầy chất lỏng. Nó nổi trên bề mặt.
Điều gì sẽ xảy ra với quả trứng nếu bạn thêm nước vào bình?
Câu trả lời thông thường là quả trứng sẽ nổi. Cẩn thận đổ nước qua phễu dọc theo thành bình cho đến khi đầy. Quả trứng, trước sự ngạc nhiên của khán giả, vẫn ở mức (chiều cao) cũ.
Tại sao?
Đầu tiên, người ta đổ dung dịch nước muối ăn vào bình, trên bề mặt có quả trứng nổi lên. Sau đó, nước được thêm vào, mật độ của nước này nhỏ hơn mật độ của trứng. Thí nghiệm này có thể được thực hiện với khoai tây.
TẤM CÓ CHÌM KHÔNG?
Lấy một chiếc đĩa và thả nó xuống mép nước, nó sẽ chìm. Nếu thả một chiếc đĩa xuống nước bằng đáy của nó, nó sẽ nổi trên mặt nước.
Tại sao?
Đồ sứ hoặc đất nung có mật độ cao hơn nước nên khi hạ chiếc đĩa xuống mép, nó sẽ chìm.
Khi hạ đáy đĩa xuống nước, nó sẽ chìm trong nước đến độ sâu mà tại đó thể tích nước chiếm chỗ do trọng lực bằng trọng lực của đĩa, tương ứng với trạng thái của vật nổi trên mặt đĩa. bề mặt của nước.
BÀI VIẾT VỀ QUYỀN
Đặt một cây bút chì tròn lên bàn và cố định nó ở cả hai đầu bằng băng dính. Đổ một lượng nước tương đương vào hai chiếc ly, đặt thước ngang qua bút chì (tốt nhất là bằng gỗ để nó không bị cong) và đặt cốc đựng nước lên hai đầu của chiếc thước này. Di chuyển thước hoặc kính một chút nhưng đảm bảo rằng toàn bộ hệ thống cân bằng và không có kính nào chạm vào bàn. Kết quả là một thang đo cân bằng.
Bây giờ hãy trả lời câu hỏi này: nếu bạn đặt ngón tay của mình vào một trong những chiếc kính mà không chạm vào thành của nó thì chiếc kính nào sẽ thắng?
Hoặc có thể sẽ không có gì thay đổi?
Tại sao?
Bây giờ hãy kiểm tra câu trả lời của bạn. Vâng, vâng, thọc ngón tay vào nước, đừng chạm vào tường.
Và câu hỏi cuối cùng: điều gì sẽ xảy ra nếu bạn đặt một bản sao bằng nhựa của ngón tay mình xuống nước? Và từ gỗ? Còn chì thì sao?
Nếu bạn thọc ngón tay vào một chiếc cốc, bạn có thể thấy lượng nước mà nó chiếm chỗ sẽ dâng cao hơn mức trước đó. Điều này có nghĩa là nếu lượng nước chiếm chỗ này được đổ ra khỏi ly một cách đơn giản thì trọng lượng của nó (với ngón tay đổ đầy lượng nước chiếm chỗ) sẽ không thay đổi. Nhưng nước bị ngón tay chiếm chỗ vẫn còn ở đây, trong cốc, điều đó có nghĩa là cốc này nặng hơn cốc kia, và chính xác bằng trọng lượng của thể tích nước bị chiếm chỗ. Và hoàn toàn không thành vấn đề nếu chúng ta thay thế tập sách này bằng chính ngón tay của mình, một bản sao của nó làm bằng nhựa dẻo, hay làm bằng gỗ hoặc chì.
Nguồn: L.A. Gorev "Thí nghiệm giải trí trong vật lý"; F. Rabiza "Thí nghiệm không có dụng cụ"
THÍ NGHIỆM chủ đề “Sức mạnh của Archimedes”
Khoa học thật tuyệt vời, thú vị và vui nhộn. Nhưng thật khó để tin vào những điều kỳ diệu từ lời nói; bạn phải tận tay chạm vào chúng. Có một trải nghiệm thú vị!
Và nếu bạn chú ý,
Ý chí độc lập
Và với vật lý đầu tiên
Đó là một trải nghiệm thú vị -
Hài hước, thú vị -
Anh ấy sẽ tiết lộ bí mật cho bạn
Và những giấc mơ mới!
1) Nước sống và nước chết
Đặt trên bàn một bình thủy tinh lít chứa đầy 2/3 nước và hai ly đựng chất lỏng: một ly có nhãn “nước sống”, ly còn lại có nhãn “nước chết”. Đặt một củ khoai tây (hoặc một quả trứng sống) vào lọ. Anh ấy đang chết đuối. Cho nước “sống” vào lọ thì củ sẽ nổi; thêm nước “chết” thì củ sẽ chìm trở lại. Bằng cách thêm chất lỏng này hay chất lỏng khác, bạn có thể thu được dung dịch trong đó củ không nổi lên bề mặt nhưng cũng không chìm xuống đáy.
Bí mật của thí nghiệm là trong ly thứ nhất có dung dịch muối ăn bão hòa, trong ly thứ hai - nước thông thường. (Mẹo: trước khi trình diễn, tốt hơn là bạn nên gọt vỏ khoai tây và đổ dung dịch muối yếu vào lọ để ngay cả nồng độ tăng nhẹ cũng gây ra hiệu ứng).
2) Thợ lặn pipet Descartes
Đổ đầy nước vào pipet cho đến khi nó nổi thẳng đứng, gần như chìm hoàn toàn. Đặt pipet của thợ lặn vào một chai nhựa trong chứa đầy nước ở trên cùng. Đậy kín chai bằng nắp. Khi ấn vào thành tàu, thợ lặn sẽ bắt đầu đổ đầy nước. Bằng cách thay đổi áp suất, hãy yêu cầu thợ lặn làm theo lệnh của bạn: “Xuống!”, “Lên!” và “Dừng lại!” (dừng ở độ sâu bất kỳ).
3) Khoai tây khó đoán
(Thí nghiệm có thể được thực hiện với một quả trứng). Đặt củ khoai tây vào bình thủy tinh chứa đầy một nửa dung dịch muối ăn. Anh ta nổi trên bề mặt.
Điều gì xảy ra với khoai tây nếu bạn thêm nước vào bình? Họ thường trả lời rằng khoai tây sẽ nổi. Cẩn thận đổ nước (mật độ của nó nhỏ hơn mật độ của dung dịch và trứng) qua phễu dọc theo thành bình cho đến khi đầy. Khoai tây, trước sự ngạc nhiên của khán giả, vẫn ở mức cũ.
4) Đào xoay
Đổ nước lấp lánh vào ly. Carbon dioxide hòa tan trong chất lỏng dưới áp suất sẽ bắt đầu thoát ra khỏi nó. Đặt quả đào vào ly. Nó sẽ ngay lập tức nổi lên trên mặt nước và... bắt đầu quay như một bánh xe. Anh ấy sẽ cư xử theo cách này trong một thời gian khá dài.
Để hiểu lý do của sự quay vòng này, hãy xem xét kỹ hơn những gì đang xảy ra. Hãy chú ý đến lớp vỏ mịn như nhung của trái cây, những sợi lông sẽ bám vào bọt khí. Vì sẽ luôn có nhiều bong bóng hơn trên một nửa quả đào nên một lực nổi lớn hơn tác dụng lên nó và nó hướng lên trên.
5) Lực Archimedes trong vật chất khối
Tại buổi biểu diễn “Di sản của Archimedes”, cư dân Syracuse đã cạnh tranh “lấy một viên ngọc trai từ đáy biển”. Một cách trình diễn tương tự nhưng đơn giản hơn có thể được lặp lại bằng cách sử dụng một lọ thủy tinh nhỏ đựng hạt kê (gạo). Đặt một quả bóng tennis (hoặc nút chai) vào đó và đóng nắp lại. Lật lọ sao cho quả bóng ở dưới đáy kê. Nếu tạo ra một rung động nhẹ (lắc nhẹ bình lên xuống) thì lực ma sát giữa các hạt kê sẽ giảm đi, chúng sẽ chuyển động và sau một thời gian quả bóng sẽ nổi lên mặt nước dưới tác dụng của lực Archimedes.
6) Gói hàng bay không có cánh
Đặt một ngọn nến, thắp sáng, úp túi lên trên, không khí trong túi sẽ nóng lên,
Sau khi thả gói hàng ra, hãy xem gói hàng bay lên như thế nào dưới tác dụng của lực Archimedes.
7) Những người bơi khác nhau bơi khác nhau
Đổ nước và dầu vào bình. Hạ đai ốc, phích cắm và miếng đá xuống. Đai ốc sẽ ở phía dưới, nút chặn sẽ ở trên bề mặt dầu và đá sẽ ở trên mặt nước dưới một lớp dầu.
Điều này được giải thích là do tình trạng trôi nổi của các vật thể:
Lực của Archimedes lớn hơn trọng lực của nút chai - nút chai nổi trên bề mặt,
Lực của Archimedes nhỏ hơn lực hấp dẫn tác dụng lên đai ốc - đai ốc chìm xuống
lực Archimedes tác dụng lên một mảnh băng lớn hơn trọng lực của băng - nút chai nổi trên mặt nước, nhưng vì mật độ của dầu nhỏ hơn mật độ của nước và nhỏ hơn mật độ của băng - dầu sẽ vẫn còn trên bề mặt phía trên băng và nước
8) Kinh nghiệm khẳng định pháp luật
Treo xô và xi lanh vào lò xo. Thể tích của hình trụ bằng thể tích bên trong của thùng. Độ giãn của lò xo được biểu thị bằng một con trỏ. Nhúng toàn bộ xi lanh vào bình đúc bằng nước. Nước được đổ vào ly.
Thể tích nước tràn ra ngoài làồthể tích của vật chìm trong nước. Chỉ báo lò xo đánh dấu sự giảm trọng lượng của xi lanh trong nước do tác độngV.lực nổi.
Đổ nước từ ly vào xô và bạn sẽ thấy con trỏ lò xo trở về vị trí ban đầu. Vì vậy, dưới tác dụng của lực Archimedean, lò xo co lại và dưới tác dụng của trọng lượng của phần nước chiếm chỗ, nó trở về vị trí ban đầu. Lực Archimedean bằng trọng lượng của chất lỏng bị cơ thể chiếm chỗ.
9) Số dư đã biến mất
Làm một hình trụ bằng giấy, treo ngược nó lên một đòn bẩy và giữ thăng bằng.
Hãy đặt đèn cồn dưới hình trụ. Dưới tác dụng của nhiệt, trạng thái cân bằng bị xáo trộn và bình dâng lên. Bởi vì sức mạnh của Archimedes đang ngày càng lớn mạnh.
Như làvỏ chứa đầy khí ấm hoặc không khí nóng được gọi là bóng bay và được sử dụng cho ngành hàng không.
PHẦN KẾT LUẬN
Sau khi tiến hành các thí nghiệm, chúng tôi tin chắc rằng các vật thể ngâm trong chất lỏng, chất khí và thậm chí cả các chất dạng hạt đều chịu tác dụng của lực Archimedes hướng thẳng đứng lên trên. Lực Archimedean không phụ thuộc vào hình dạng của vật thể, độ sâu ngâm của nó, mật độ của vật thể và khối lượng của nó. Lực Archimedes bằng trọng lượng của chất lỏng trong thể tích của phần chìm trong cơ thể.
Nội dung tác phẩm được đăng tải không có hình ảnh, công thức.
Phiên bản đầy đủ của tác phẩm có sẵn trong tab "Tệp công việc" ở định dạng PDF
Giới thiệu
Mức độ liên quan: Nếu quan sát kỹ thế giới xung quanh, bạn có thể phát hiện ra nhiều sự kiện đang diễn ra xung quanh mình. Từ xa xưa, con người đã được bao quanh bởi nước. Khi bơi trong đó, cơ thể chúng ta đẩy một số lực lên mặt nước. Từ lâu tôi đã tự hỏi mình câu hỏi: “Tại sao vật thể nổi hoặc chìm? Nước có đẩy mọi thứ ra ngoài không?
Công việc nghiên cứu của tôi nhằm mục đích đào sâu những kiến thức đã học trên lớp về lực Archimedean. Trả lời các câu hỏi mà tôi quan tâm, sử dụng kinh nghiệm sống, quan sát thực tế xung quanh, tiến hành các thí nghiệm của riêng tôi và giải thích kết quả của chúng, điều này sẽ mở rộng kiến thức của tôi về chủ đề này. Mọi khoa học đều có mối liên hệ với nhau. Và đối tượng nghiên cứu chung của mọi ngành khoa học là con người “cộng với” thiên nhiên. Tôi chắc chắn rằng việc nghiên cứu hoạt động của lực Archimedean có liên quan đến ngày nay.
Giả thuyết: Tôi cho rằng ở nhà bạn có thể tính độ lớn của lực nổi tác dụng lên một vật ngâm trong chất lỏng và xác định xem nó có phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng, thể tích và hình dạng của vật đó hay không.
Đối tượng nghiên cứu: Lực nổi trong chất lỏng.
Nhiệm vụ:
Nghiên cứu lịch sử phát hiện lực Archimedean;
Nghiên cứu tài liệu giáo dục về hoạt động của lực lượng Archimedean;
Phát triển kỹ năng tiến hành các thí nghiệm độc lập;
Chứng minh rằng giá trị của lực nổi phụ thuộc vào mật độ của chất lỏng.
Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu;
Đã tính toán;
Tìm kiếm thông tin;
Quan sát
1. Khám phá sức mạnh của Archimedes
Có một truyền thuyết nổi tiếng về việc Archimedes chạy xuống phố và hét lên “Eureka!” Điều này chỉ kể lại câu chuyện về khám phá của ông rằng lực nổi của nước có độ lớn bằng trọng lượng của phần nước bị nó chiếm chỗ, thể tích của lực này bằng thể tích của vật chìm trong đó. Khám phá này được gọi là định luật Archimedes.
Vào thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên, có Hiero, vị vua của thành phố Syracuse của Hy Lạp cổ đại, và ông muốn tự làm cho mình một chiếc vương miện mới từ vàng nguyên chất. Tôi đo nó chính xác theo nhu cầu và đặt hàng cho người thợ kim hoàn. Một tháng sau, người chủ trả lại số vàng dưới dạng vương miện và nó nặng bằng khối lượng vàng đã trao. Nhưng bất cứ điều gì cũng có thể xảy ra, và người chủ có thể đã gian lận bằng cách thêm bạc hoặc thậm chí tệ hơn là đồng, bởi vì bạn không thể nhận ra sự khác biệt bằng mắt thường, nhưng khối lượng thì đúng như vậy. Và nhà vua muốn biết: công việc có được thực hiện một cách trung thực không? Sau đó, ông yêu cầu nhà khoa học Archimedes kiểm tra xem liệu người chủ có làm vương miện của mình từ vàng nguyên chất hay không. Như đã biết, khối lượng của một vật bằng tích của mật độ của chất tạo nên vật đó và thể tích của nó: . Nếu các vật thể khác nhau có cùng khối lượng nhưng được làm từ những chất khác nhau thì chúng sẽ có thể tích khác nhau. Nếu người chủ trả lại cho nhà vua không phải một chiếc vương miện làm bằng đồ trang sức, khối lượng của nó không thể xác định được do tính phức tạp của nó mà là một mảnh kim loại có hình dạng giống như nhà vua đã ban cho ông ta, thì mọi chuyện sẽ rõ ràng ngay lập tức. liệu anh ta có trộn kim loại khác vào đó hay không. Và khi đang tắm, Archimedes nhận thấy nước đang chảy ra từ đó. Anh nghi ngờ rằng nó đang tuôn ra với thể tích chính xác mà các bộ phận cơ thể anh ngâm trong nước chiếm giữ. Và Archimedes chợt nhận ra rằng thể tích của vương miện có thể được xác định bằng thể tích nước bị nó chiếm chỗ. Chà, nếu bạn có thể đo thể tích của chiếc vương miện, thì nó có thể được so sánh với thể tích của một miếng vàng có khối lượng bằng nhau. Archimedes nhúng vương miện vào nước và đo thể tích nước tăng lên như thế nào. Ông cũng ngâm một miếng vàng vào nước, khối lượng của nó bằng khối lượng của vương miện. Và sau đó ông đo thể tích nước tăng lên như thế nào. Thể tích nước chiếm chỗ trong hai trường hợp hóa ra là khác nhau. Vì vậy, ông chủ đã bị vạch trần là kẻ lừa dối, và khoa học đã được phong phú thêm với một khám phá đáng chú ý.
Lịch sử đã biết rằng vấn đề vương miện vàng đã thôi thúc Archimedes nghiên cứu vấn đề thi thể trôi nổi. Các thí nghiệm do Archimedes thực hiện đã được mô tả trong bài tiểu luận “Về các vật thể nổi” mà chúng ta đã lưu truyền. Câu (định lý) thứ bảy của tác phẩm này được Archimedes đưa ra như sau: các vật nặng hơn chất lỏng khi chìm trong chất lỏng này sẽ chìm cho đến khi chạm tới đáy, và trong chất lỏng chúng sẽ trở nên nhẹ hơn do trọng lượng của chất lỏng. trong một thể tích bằng thể tích của vật chìm trong nước.
Điều thú vị là lực Archimedes bằng 0 khi một vật ngâm trong chất lỏng bị ép chặt xuống đáy bằng toàn bộ đế của nó.
Việc khám phá ra định luật cơ bản của thủy tĩnh là thành tựu vĩ đại nhất của khoa học cổ đại.
2. Xây dựng và giải thích định luật Archimedes
Định luật Archimedes mô tả tác dụng của chất lỏng và chất khí lên vật thể ngâm trong chúng, và là một trong những định luật chính của thủy tĩnh học và tĩnh học khí.
Định luật Archimedes được phát biểu như sau: một vật nhúng trong chất lỏng (hoặc chất khí) chịu tác dụng của một lực nổi bằng trọng lượng của chất lỏng (hoặc chất khí) trong thể tích của phần nhúng của vật đó - lực này là gọi điện bởi sức mạnh của Archimedes:
,
trong đó là mật độ của chất lỏng (khí), là gia tốc trọng trường, là thể tích của phần chìm trong cơ thể (hoặc một phần thể tích của cơ thể nằm bên dưới bề mặt).
Do đó, lực Archimedean chỉ phụ thuộc vào mật độ của chất lỏng mà vật chìm trong đó và vào thể tích của vật này. Nhưng nó không phụ thuộc, chẳng hạn, vào mật độ của chất ngâm trong chất lỏng, vì đại lượng này không được đưa vào công thức tính kết quả.
Cần lưu ý rằng cơ thể phải được bao quanh hoàn toàn bởi chất lỏng (hoặc giao nhau với bề mặt chất lỏng). Vì vậy, chẳng hạn, định luật Archimedes không thể áp dụng cho một khối lập phương nằm dưới đáy một chiếc bể, chạm hoàn toàn vào đáy.
3. Định nghĩa lực Archimedes
Lực mà một vật thể trong chất lỏng bị nó đẩy có thể được xác định bằng thực nghiệm bằng cách sử dụng thiết bị này:
Chúng tôi treo một cái xô nhỏ và một thân hình trụ trên một lò xo gắn vào giá ba chân. Chúng ta đánh dấu độ giãn của lò xo bằng một mũi tên trên giá ba chân, thể hiện trọng lượng của vật trong không khí. Sau khi nâng cơ thể lên, chúng ta đặt một chiếc cốc có ống thoát nước bên dưới, chứa đầy chất lỏng ngang mức ống thoát nước. Sau đó cơ thể được ngâm hoàn toàn trong chất lỏng. Trong trường hợp này, một phần chất lỏng có thể tích bằng thể tích của vật được đổ từ bình đúc vào thủy tinh. Kim lò xo nâng lên, lò xo co lại, biểu thị trọng lượng của vật trong chất lỏng giảm đi. Trong trường hợp này, cùng với lực hấp dẫn, vật cũng chịu tác dụng của một lực đẩy nó ra khỏi chất lỏng. Nếu chất lỏng từ ly được đổ vào thùng (tức là chất lỏng bị vật chiếm chỗ), thì kim lò xo sẽ trở về vị trí ban đầu.
Dựa trên thí nghiệm này, chúng ta có thể kết luận rằng lực đẩy một vật chìm hoàn toàn trong chất lỏng bằng trọng lượng của chất lỏng tính theo thể tích của vật đó. Sự phụ thuộc của áp suất trong chất lỏng (khí) vào độ sâu ngâm của vật thể dẫn đến xuất hiện lực nổi (lực Archimedes) tác dụng lên bất kỳ vật thể nào được ngâm trong chất lỏng hoặc chất khí. Khi một vật lặn xuống, nó sẽ chuyển động hướng xuống dưới tác dụng của trọng lực. Lực Archimedean luôn hướng ngược lại với lực hấp dẫn, do đó trọng lượng của vật thể trong chất lỏng hoặc chất khí luôn nhỏ hơn trọng lượng của vật thể này trong chân không.
Thí nghiệm này xác nhận rằng lực Archimedean bằng trọng lượng của chất lỏng trong thể tích của vật thể.
4. Tình trạng vật nổi
Một vật nằm bên trong chất lỏng chịu tác dụng của hai lực: lực hấp dẫn hướng thẳng đứng xuống dưới và lực Archimedean hướng thẳng đứng lên trên. Chúng ta hãy xem xét điều gì sẽ xảy ra với cơ thể dưới tác dụng của các lực này nếu lúc đầu nó bất động.
Trong trường hợp này, có thể xảy ra ba trường hợp:
1) Nếu lực hấp dẫn lớn hơn lực Archimedean thì vật đi xuống, tức là chìm xuống:
, thì xác chết đuối;
2) Nếu mô đun trọng lực bằng mô đun lực Archimedean thì vật có thể cân bằng bên trong chất lỏng ở bất kỳ độ sâu nào:
, thì vật nổi;
3) Nếu lực Archimedean lớn hơn lực hấp dẫn thì vật sẽ nổi lên từ chất lỏng - phao:
, sau đó cơ thể nổi lên.
Nếu một vật nổi nhô lên một phần trên bề mặt chất lỏng thì thể tích phần chìm của vật nổi sao cho trọng lượng của phần chất lỏng chiếm chỗ bằng trọng lượng của vật nổi.
Lực Archimedean lớn hơn trọng lực nếu mật độ của chất lỏng lớn hơn mật độ của vật chìm trong chất lỏng, nếu
1) =— một vật nổi trong chất lỏng hoặc chất khí, 2) >—thân thể chìm nghỉm, 3) < — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.
Chính những nguyên lý về mối quan hệ giữa trọng lực và lực Archimedes đã được sử dụng trong vận chuyển hàng hải. Tuy nhiên, những con tàu sông và biển khổng lồ làm bằng thép, có mật độ lớn gấp gần 8 lần mật độ của nước, nổi trên mặt nước. Điều này được giải thích là do chỉ có thân tàu tương đối mỏng được làm bằng thép và phần lớn thể tích của nó bị chiếm giữ bởi không khí. Mật độ trung bình của tàu trong trường hợp này nhỏ hơn đáng kể so với mật độ của nước; do đó, nó không những không bị chìm mà còn có thể tiếp nhận một lượng lớn hàng hóa để vận chuyển. Các tàu thuyền di chuyển trên sông, hồ, biển và đại dương được chế tạo từ các vật liệu khác nhau với mật độ khác nhau. Thân tàu thường được làm bằng thép tấm. Tất cả các dây buộc bên trong mang lại sức bền cho tàu cũng được làm bằng kim loại. Để đóng tàu, người ta sử dụng các vật liệu khác nhau, có mật độ cao hơn và mật độ thấp hơn so với nước. Trọng lượng của phần nước bị chiếm chỗ bởi phần dưới nước của tàu bằng trọng lượng của tàu chở hàng ở trên không hoặc trọng lực tác dụng lên tàu chở hàng.
Đối với ngành hàng không, bóng bay lần đầu tiên được sử dụng, trước đây chứa đầy không khí nóng, bây giờ bằng hydro hoặc heli. Để quả bóng bay lên không trung, lực Archimedean (độ nổi) tác dụng lên quả bóng phải lớn hơn lực hấp dẫn.
5. Tiến hành thí nghiệm
Nghiên cứu hành vi của một quả trứng sống trong các loại chất lỏng khác nhau.
Mục tiêu: chứng minh rằng giá trị của lực nổi phụ thuộc vào mật độ của chất lỏng.
Tôi lấy một quả trứng sống và nhiều loại chất lỏng khác nhau (Phụ lục 1):
Nước sạch;
Nước bão hòa muối;
Dầu hướng dương.
Đầu tiên, tôi thả quả trứng sống vào nước sạch - quả trứng chìm - “chìm xuống đáy” (Phụ lục 2). Sau đó, tôi cho một thìa muối ăn vào cốc nước sạch, kết quả là trứng nổi (Phụ lục 3). Và cuối cùng, tôi hạ quả trứng vào ly đựng dầu hướng dương - quả trứng chìm xuống đáy (Phụ lục 4).
Kết luận: trong trường hợp thứ nhất, khối lượng riêng của trứng lớn hơn khối lượng riêng của nước nên trứng chìm. Trong trường hợp thứ hai, mật độ của nước muối lớn hơn mật độ của trứng nên trứng nổi trong chất lỏng. Trong trường hợp thứ ba, mật độ của trứng cũng lớn hơn mật độ của dầu hướng dương nên trứng chìm. Do đó, mật độ của chất lỏng càng lớn thì lực hấp dẫn càng nhỏ.
2. Tác dụng của lực Archimedean lên cơ thể con người trong nước.
Xác định mật độ của cơ thể con người bằng thực nghiệm, so sánh với mật độ của nước ngọt và nước biển và rút ra kết luận về khả năng bơi lội cơ bản của con người;
Tính trọng lượng của một người trong không khí và lực Archimedean tác dụng lên người trong nước.
Đầu tiên, tôi đo trọng lượng cơ thể của mình bằng cân. Sau đó, ông đo thể tích cơ thể (không tính thể tích phần đầu). Để làm điều này, tôi đổ đủ nước vào bồn tắm để khi ngâm mình trong nước, tôi ngập hoàn toàn (trừ đầu). Tiếp theo, dùng thước dây centimet, tôi đánh dấu khoảng cách từ mép trên của bồn tắm đến mực nước ℓ 1, rồi khi ngâm trong nước ℓ 2. Sau đó, dùng bình ba lít đã chia độ sẵn, tôi bắt đầu đổ nước vào bồn tắm từ mức ℓ 1 đến mức ℓ 2 - đây là cách tôi đo thể tích nước tôi đã đổ (Phụ lục 5). Tôi tính mật độ bằng công thức:
Lực hấp dẫn tác dụng lên một vật trong không khí được tính theo công thức: , trong đó gia tốc rơi tự do ≈ 10. Giá trị của lực nổi được tính bằng công thức mô tả ở đoạn 2.
Kết luận: Cơ thể con người đặc hơn nước ngọt, tức là chìm trong đó. Một người bơi ở biển dễ hơn bơi ở sông vì mật độ nước biển lớn hơn và do đó lực nổi lớn hơn.
Phần kết luận
Trong quá trình thực hiện chủ đề này, chúng tôi đã học được rất nhiều điều mới mẻ và thú vị. Phạm vi hiểu biết của chúng ta đã tăng lên không chỉ trong lĩnh vực hoạt động của lực Archimedes mà còn trong ứng dụng của nó trong cuộc sống. Trước khi bắt đầu công việc, chúng tôi đã có một ý tưởng rất chi tiết về nó. Trong quá trình thí nghiệm, chúng tôi đã xác nhận bằng thực nghiệm tính đúng đắn của định luật Archimedes và phát hiện ra rằng lực nổi phụ thuộc vào thể tích của vật thể và mật độ của chất lỏng; mật độ của chất lỏng càng cao thì lực Archimedean càng lớn. Lực sinh ra, xác định hành vi của một vật trong chất lỏng, phụ thuộc vào khối lượng, thể tích của vật và mật độ của chất lỏng.
Ngoài các thí nghiệm đã thực hiện, người ta còn nghiên cứu thêm tài liệu về việc phát hiện ra lực Archimedes, về sự trôi nổi của các vật thể và hàng không.
Mỗi người trong số các bạn có thể thực hiện những khám phá đáng kinh ngạc và để làm được điều này, bạn không cần phải có bất kỳ kiến thức đặc biệt hoặc thiết bị mạnh mẽ nào. Chúng ta chỉ cần nhìn kỹ hơn một chút về thế giới xung quanh, độc lập hơn một chút trong các phán đoán của mình và những khám phá sẽ không khiến bạn phải chờ đợi. Sự miễn cưỡng của hầu hết mọi người trong việc khám phá thế giới xung quanh để lại rất nhiều cơ hội cho những người tò mò ở những nơi không ngờ tới nhất.
Tài liệu tham khảo
1. Sách lớn về thí nghiệm dành cho học sinh - M.: Rosman, 2009. - 264 tr.
2. Wikipedia: https://ru.wikipedia.org/wiki/Archimedes_Law.
3. Perelman Ya.I. Vật lý giải trí. - Quyển 1. - Ekaterinburg.: Luận án, 1994.
4. Perelman Ya.I. Vật lý giải trí. - Quyển 2. - Ekaterinburg.: Luận án, 1994.
5. Peryshkin A.V. Vật lý: lớp 7: sách giáo khoa cơ sở giáo dục / A.V. Peryshkin. - tái bản lần thứ 16, khuôn mẫu. - M.: Bustard, 2013. - 192 tr.: ốm.
Phụ lục 1
Phụ lục 2
Phụ lục 3
Phụ lục 4
LUẬT ARCHIMEDES- định luật tĩnh học của chất lỏng và chất khí, theo đó một vật nhúng trong chất lỏng (hoặc chất khí) chịu tác dụng của một lực nổi bằng trọng lượng của chất lỏng trong thể tích của vật.
Việc một lực nào đó tác dụng lên một vật ngâm trong nước thì ai cũng biết: những vật nặng dường như trở nên nhẹ hơn - chẳng hạn như cơ thể của chúng ta khi ngâm trong bồn tắm. Khi bơi ở sông, biển, bạn có thể dễ dàng nhấc và di chuyển những tảng đá rất nặng dọc theo đáy - những tảng đá mà trên đất liền chúng ta không thể nhấc lên được; Hiện tượng tương tự cũng xảy ra khi vì lý do nào đó, một con cá voi bị dạt vào bờ - con vật không thể di chuyển ra ngoài môi trường nước - trọng lượng của nó vượt quá khả năng của hệ cơ. Đồng thời, cơ thể nhẹ có khả năng chống ngâm trong nước: việc đánh chìm một quả bóng có kích thước bằng quả dưa hấu nhỏ đòi hỏi cả sức mạnh và sự khéo léo; Rất có thể sẽ không thể nhúng được một quả bóng có đường kính nửa mét. Bằng trực giác, rõ ràng rằng câu trả lời cho câu hỏi - tại sao một vật nổi (và một vật khác chìm) có liên quan chặt chẽ đến tác dụng của chất lỏng lên vật ngâm trong đó; Người ta không thể hài lòng với câu trả lời rằng vật nhẹ nổi và vật nặng chìm: một tấm thép tất nhiên sẽ chìm trong nước, nhưng nếu bạn làm một cái hộp từ nó thì nó có thể nổi; tuy nhiên, cân nặng của cô không thay đổi. Để hiểu bản chất của lực tác dụng lên một vật chìm từ phía chất lỏng, chỉ cần xem xét một ví dụ đơn giản (Hình 1).
Khối lập phương có cạnh Một nhúng vào nước thì nước và khối lập phương đều đứng yên. Người ta biết rằng áp suất trong chất lỏng nặng tăng tỷ lệ thuận với độ sâu - hiển nhiên là cột chất lỏng cao hơn ép vào đáy mạnh hơn. Điều ít rõ ràng hơn nhiều (hoặc hoàn toàn không rõ ràng) là áp suất này không chỉ tác dụng hướng xuống mà còn tác động sang một bên và hướng lên với cùng cường độ - đây là định luật Pascal.
Nếu chúng ta xem xét các lực tác dụng lên khối lập phương (Hình 1), thì do tính đối xứng rõ ràng, các lực tác dụng lên các mặt đối diện bằng nhau và ngược chiều - chúng cố gắng nén khối lập phương, nhưng không thể ảnh hưởng đến sự cân bằng hoặc chuyển động của nó . Các lực còn lại tác dụng lên mặt trên và mặt dưới. Cho phép h- độ sâu ngâm của mặt trên, r- mật độ chất lỏng, g- gia tốc trọng trường; thì áp suất ở mặt trên bằng
r· g · h = p 1
và ở phía dưới
r· g(h+a)= p 2
Lực ép bằng áp suất nhân với diện tích, tức là
F 1 = P 1 · Một\up122, F 2 = P 2 · Một\up122 , ở đâu Một- cạnh hình lập phương,
và sức mạnh F 1 hướng xuống dưới và lực F 2 – lên. Do đó, tác dụng của chất lỏng lên khối lập phương giảm xuống còn hai lực - F 1 và F 2 và được xác định bởi sự khác biệt của chúng, đó là lực nổi:
F 2 – F 1 =r· g· ( h+a)Một\up122 – ghì· Một 2 = pga 2
Lực này có lực nổi vì cạnh dưới nằm tự nhiên bên dưới cạnh trên và lực tác động lên trên lớn hơn lực tác động xuống. Kích cỡ F 2 – F 1 = pga 3 bằng thể tích của vật thể (khối lập phương) Một 3 nhân với trọng lượng của một cm khối chất lỏng (nếu chúng ta lấy 1 cm làm đơn vị chiều dài). Nói cách khác, lực nổi, thường được gọi là lực Archimedean, bằng trọng lượng của chất lỏng trong thể tích của vật thể và hướng lên trên. Định luật này được thiết lập bởi nhà khoa học Hy Lạp cổ đại Archimedes, một trong những nhà khoa học vĩ đại nhất trên Trái đất.
Nếu một vật có hình dạng tùy ý (Hình 2) chiếm một thể tích bên trong chất lỏng V., thì tác dụng của chất lỏng lên cơ thể hoàn toàn được xác định bởi áp suất phân bố trên bề mặt cơ thể và chúng tôi lưu ý rằng áp suất này hoàn toàn không phụ thuộc vào vật liệu của cơ thể - (“chất lỏng không quan tâm đến những gì nhấn vào”).
Để xác định lực ép tạo ra trên bề mặt của vật thể, bạn cần loại bỏ tinh thần khỏi thể tích V. cơ thể nhất định và đổ đầy (tinh thần) thể tích này bằng cùng một chất lỏng. Một mặt, có một bình chứa chất lỏng đứng yên, mặt khác, bên trong thể tích V.– một vật gồm một chất lỏng nhất định và vật này ở trạng thái cân bằng dưới tác dụng của trọng lượng của chính nó (chất lỏng nặng) và áp suất của chất lỏng lên bề mặt thể tích V.. Vì trọng lượng của chất lỏng trong thể tích của vật thể bằng pgV và được cân bằng bởi các hợp lực thì giá trị của nó bằng trọng lượng của chất lỏng trong thể tích. V., tức là pgV.
Đã thực hiện việc thay thế ngược lại trong đầu - đặt nó theo khối lượng V. vật thể đã cho và lưu ý rằng sự thay thế này sẽ không ảnh hưởng đến sự phân bố lực áp suất trên bề mặt thể tích V., chúng ta có thể kết luận: một vật ngâm trong một chất lỏng nặng đang đứng yên chịu tác dụng của một lực hướng lên (lực Archimedean), bằng trọng lượng của chất lỏng tính theo thể tích của vật đó.
Tương tự, có thể chứng minh rằng nếu một vật được nhúng một phần vào chất lỏng thì lực Archimedean bằng trọng lượng của chất lỏng trong thể tích của phần ngâm trong chất lỏng. Nếu trong trường hợp này lực Archimedean bằng trọng lượng thì vật sẽ nổi trên bề mặt chất lỏng. Rõ ràng, nếu trong quá trình ngâm hoàn toàn, lực Archimedean nhỏ hơn trọng lượng của cơ thể thì nó sẽ chìm. Archimedes đưa ra khái niệm "trọng lượng riêng" g, tức là Khối lượng trên một đơn vị thể tích của một chất: g = trang; nếu chúng ta giả định rằng đối với nước g= 1 thì một khối vật chất rắn g> 1 sẽ chết đuối, và khi nào g < 1 будет плавать на поверхности; при g= 1 một vật có thể nổi (lơ lửng) bên trong chất lỏng. Để kết luận, chúng ta lưu ý rằng định luật Archimedes mô tả hành vi của những quả bóng bay trong không khí (đứng yên ở tốc độ thấp).
Vladimir Kuznetsov
Lực nổi tác dụng lên một vật nhúng trong chất lỏng bằng trọng lượng của chất lỏng bị nó chiếm chỗ.
"Eureka!" (“Đã tìm thấy!”) - đây là câu cảm thán, theo truyền thuyết, được thực hiện bởi nhà khoa học và triết học Hy Lạp cổ đại Archimedes, người đã phát hiện ra nguyên tắc đàn áp. Truyền thuyết kể rằng vua Syracusan Heron II đã yêu cầu nhà tư tưởng xác định xem liệu vương miện của ông có được làm bằng vàng nguyên chất mà không làm tổn hại đến chính vương miện hoàng gia hay không. Cân vương miện của Archimedes không khó, nhưng điều này vẫn chưa đủ - cần phải xác định thể tích của vương miện để tính mật độ của kim loại mà nó được đúc và xác định xem đó có phải là vàng nguyên chất hay không.
Sau đó, theo truyền thuyết, Archimedes, bận tâm đến việc làm thế nào để xác định thể tích của vương miện, đã lao vào bồn tắm - và đột nhiên nhận thấy mực nước trong bồn tắm đã dâng cao. Và sau đó nhà khoa học nhận ra rằng thể tích của cơ thể ông chiếm chỗ một thể tích nước bằng nhau, do đó, vương miện nếu hạ xuống một cái chậu chứa đầy đến miệng sẽ chiếm một thể tích nước bằng thể tích của nó. Một giải pháp cho vấn đề đã được tìm ra và theo phiên bản phổ biến nhất của truyền thuyết, nhà khoa học đã chạy đến báo cáo chiến thắng của mình cho cung điện hoàng gia mà không thèm mặc quần áo.
Tuy nhiên, điều gì đúng thì đúng: chính Archimedes đã khám phá ra nguyên lý nổi. Nếu nhúng một vật rắn vào chất lỏng thì nó sẽ chiếm chỗ một thể tích chất lỏng bằng thể tích phần vật chìm trong chất lỏng. Áp suất trước đây tác dụng lên chất lỏng bị dịch chuyển bây giờ sẽ tác dụng lên vật rắn đã dịch chuyển nó. Và nếu lực nổi tác động thẳng đứng lên trên lớn hơn lực hấp dẫn kéo vật thẳng đứng xuống dưới thì vật sẽ nổi; nếu không nó sẽ chìm (chết đuối). Theo ngôn ngữ hiện đại, một vật nổi nếu mật độ trung bình của nó nhỏ hơn mật độ của chất lỏng mà nó ngâm trong đó.
Nguyên lý Archimedes có thể được giải thích theo lý thuyết động học phân tử. Trong chất lỏng đứng yên, áp suất được tạo ra do tác động của các phân tử chuyển động. Khi một thể tích chất lỏng nhất định bị vật rắn chiếm chỗ, xung lực hướng lên của va chạm của các phân tử sẽ không rơi vào các phân tử chất lỏng bị vật thể chiếm chỗ mà tác động lên chính vật thể đó, điều này giải thích áp suất tác dụng lên nó từ bên dưới và đẩy nó hướng về phía bề mặt chất lỏng. Nếu cơ thể được ngâm hoàn toàn trong chất lỏng, lực nổi sẽ tiếp tục tác dụng lên nó, vì áp suất tăng theo độ sâu ngày càng tăng và phần dưới của cơ thể chịu áp lực lớn hơn phần trên, đó là nơi lực nổi phát sinh. Đây là lời giải thích về lực nổi ở cấp độ phân tử.
Mô hình đẩy này giải thích tại sao một con tàu làm bằng thép, đặc hơn nước nhiều, vẫn nổi. Thực tế là thể tích nước bị tàu chiếm chỗ bằng thể tích thép chìm trong nước cộng với thể tích không khí chứa bên trong thân tàu bên dưới đường nước. Nếu chúng ta tính trung bình mật độ của vỏ thân tàu và không khí bên trong nó, thì hóa ra mật độ của con tàu (với tư cách là một vật thể) nhỏ hơn mật độ của nước, do đó lực nổi tác dụng lên nó là kết quả. xung tác động hướng lên của các phân tử nước hóa ra lại lớn hơn lực hấp dẫn của Trái đất, kéo con tàu về phía đáy - và con tàu nổi lên.