Учебное пособие: 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:
DW = 3,5 0,5 = 3
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:
 | F , . DW , . |
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):
F арх = W ж
Примем, что вес вытесненной жидкости равен действующей на неё силе тяжести:
W ж = F тяж = m ж g
Масса вытесненной жидкости может быть найдена по формуле для расчета плотности:
r = m/V Þ m = r V
Подставляя формулы друг в друга, получим равенство:
F = W = F = m g = r V g
Выпишем начало и конец этого равенства:
F = r gV
Вспомним, что закон Архимеда справедлив для жидкостей и газов. Поэтому вместо обозначения r » более правильно использовать обозначение r / ». Также заметим, что объем жидкости, вытесненной телом, в точности равен объему погруженной части тела: V = V . С учетом этих уточнений получим:
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--