№6 зертханалық жұмыс. Архимед заңын зерделеу
Бұл жұмыста денені динамометрмен ауада және сұйықта өлшейді: көрсеткіштердің айырмасы кері итеруші (Архимед) күшіне тең. Денені сұйыққа жартылай және толық, суға және тұзды суға батырып, кері итеруші күштің неге тәуелді екенін анықтайды. Нәтиже ығыстырылған сұйықтың салмағымен салыстырылады.
Жұмыстың мақсаты. Сұйықтағы денеге әрекет ететін кері итеруші күшті анықтау, оның дененің батырылған бөлігінің көлеміне және сұйықтың тығыздығына тәуелділігін зерттеу, Архимед заңын тексеру.
Осы тақырыпқа ҚМЖ жасауОқу мақсаттары
- 7.3.1.11кері итеруші күшті анықтау және оның сұйыққа батырылған дененің көлеміне тәуелділігін зерттеу
Құрал-жабдықтар
- бөлік құны 0,1 Н динамометр
- жіпке ілінген металл цилиндр (немесе көлемі әртүрлі екі дене)
- суы бар стақан
- тұздың қанық ерітіндісі бар стақан
- мензурка
- қысқышы бар штатив
- майлық
Жұмыс барысы
- 1
Динамометрдің бөлік құны мен қателігін анықтаңыз.
- 2
Денені динамометрге іліп, оның ауадағы салмағын P өлшеңіз.
- 3
Денені суға жартылай батырып, динамометрдің көрсеткішін жазыңыз.
- 4
Денені түбіне және қабырғасына тимейтіндей етіп суға толық батырыңыз да, көрсеткішті P₁ жазыңыз.
- 5
Денені түбіне тигізбей тереңірек түсіріп, көрсеткіш өзгерді ме, тексеріңіз.
- 6
Тұзды суға толық батырылған денемен өлшеуді қайталаңыз.
- 7
Ығыстырылған су бойынша дененің көлемін мензуркамен өлшеңіз.
- 8
Әр тәжірибе үшін кері итеруші күшті FА = P − P₁ есептеп, оны ығыстырылған судың салмағымен ρс·g·V салыстырыңыз.
Қысқаша теория
Сұйыққа батырылған кез келген денеге тік жоғары бағытталған күш әрекет етеді. Оны кері итеруші күш немесе Архимед күші деп атайды және FА деп белгілейді. Бұл күш сұйық қысымының тереңдікке қарай артуынан пайда болады: дененің төменгі бетіне сұйық жоғарғы бетіне қарағанда күштірек қысым түсіреді.
Кері итеруші күшті динамометрмен өлшеу ыңғайлы. Ауада динамометр дененің салмағын P көрсетеді, ал сұйықта азырақ мән P₁ көрсетеді, өйткені салмақтың бір бөлігін кері итеруші күш теңгереді: FА = P − P₁.
Архимед заңы: кері итеруші күш дене ығыстырған сұйықтың салмағына тең: FА = ρс·g·Vбат, мұндағы ρс — сұйықтың тығыздығы, Vбат — дененің батырылған бөлігінің көлемі, g ≈ 9,8 Н/кг. Демек, батырылған көлем неғұрлым үлкен және сұйық неғұрлым тығыз болса, кері итеруші күш соғұрлым үлкен.
Кері итеруші күш дененің өз массасы мен тығыздығына тәуелді емес: көлемдері бірдей алюминий және болат денелерді су бірдей күшпен итереді. Дене суға толық батып кеткен соң, оны тереңірек түсірсе де күш өзгермейді. Күштің бірлігі — ньютон (Н), формуладағы көлем текше метрмен алынады.
Виртуалды тәжірибе
«Механикалық зертхана» симуляциясында «Сұйықтықтар» режимін, одан кейін «Сұйықтықтағы динамометр» бөлімін таңдаңыз. Дене мен сұйықты таңдап, батыру тереңдігін — дененің қай бөлігі сұйықта екенін 0-ден 100 %-ға дейін біртіндеп өзгертіңіз. Әр жолы динамометр көрсеткішін жазып, FА = P − P₁ есептеңіз, содан кейін тәжірибені басқа сұйықпен немесе көлемі басқа денемен қайталаңыз.
Осы тақырыптағы тағы бір симуляция: Архимед заңы: денелердің қалқуы
Өлшеу кестесі
№6 зертханалық жұмыс · Физика, 7 сынып. Архимед заңын зерделеу
Аты-жөні, сыныбы: ____________________ Күні: __________
| Тәжірибе № | Сұйық | Дененің батырылған бөлігі | Ауадағы салмақ P, Н | Сұйықтағы көрсеткіш P₁, Н | Кері итеруші күш FА = P − P₁, Н |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||
| 2 | |||||
| 3 | |||||
| 4 |
Есептеу және қорытынды
Тәжірибедегі кері итеруші күш: FА = P − P₁.
Мысалы, көлемі 50 см³ алюминий цилиндрдің ауадағы салмағы P = 1,32 Н, ал суға толық батырғанда динамометр P₁ = 0,83 Н көрсетеді. Онда FА = 1,32 − 0,83 = 0,49 Н.
Архимед заңы бойынша: FА = ρс·g·V = 1000 кг/м³ · 9,8 Н/кг · 50·10⁻⁶ м³ = 0,49 Н — тәжірибемен сәйкес келеді.
Мысалы, жартылай батырғанда FА ≈ 0,25 Н — 2 есе аз, себебі батырылған көлем 2 есе аз.
FА-ның қателігі динамометрдің екі көрсеткішінің қателіктерінен құралады: бөлік құны 0,1 Н болса, шамамен ±0,1 Н.
Қорытынды үлгісі: Жұмыс барысында мен кері итеруші күшті анықтадым. Суға толық батырғанда FА = … Н, тұзды суда — … Н. Батырылған көлем … есе азайғанда кері итеруші күш … . Толық батырылған дененің тереңдігіне күш … . Ығыстырылған судың салмағы … Н, демек Архимед заңы … .
Бақылау сұрақтары
Неліктен сұйықтағы денеге кері итеруші күш әрекет етеді?
Жауабын көру
Сұйықтың қысымы тереңдікке қарай артады, сондықтан денеге төменнен түсетін қысым жоғарыдан түсетіннен күштірек. Осы күштердің айырмасы кері итеруші күш болып табылады.
Кері итеруші күшті динамометрмен қалай өлшейді?
Жауабын көру
Денені ауада және сұйықта өлшеп, көрсеткіштердің айырмасын табады: FА = P − P₁.
Кері итеруші күш неге тәуелді?
Жауабын көру
Дененің батырылған бөлігінің көлеміне және сұйықтың тығыздығына тәуелді. Дененің массасына және толық батырылған дененің тереңдігіне тәуелді емес.
Неліктен тұзды суда кері итеруші күш тұщы судағыдан үлкен?
Жауабын көру
Тұзды судың тығыздығы үлкен, сондықтан ығыстырылған сұйықтың сол көлемі ауырырақ болады.
Көлемдері бірдей болат пен алюминий денелерге суда бірдей кері итеруші күш әрекет етеді. Неліктен?
Жауабын көру
Кері итеруші күш ығыстырылған сұйықтың салмағына тең, ал олардың ығыстырған сұйығының көлемі бірдей.
Қауіпсіздік техникасы
- Суға динамометрдің өзін батырмаңыз — тек жіпке ілінген денені.
- Жіптің берік екенін тексеріңіз, дене стақанға үзіліп түспесін: шыны сынуы мүмкін.
- Ауада өлшеудің алдында денені әр жолы майлықпен сүртіңіз.
- Тұзды судың дәмін татпаңыз, жұмыстан кейін қолыңызды жуыңыз.
- Төгілген суды бірден сүртіңіз, стақандарды үстелдің шетінен алыс ұстаңыз.
Мұғалімге
Осы жұмыстың тақырыбына ҚМЖ мен БЖБ-ны Bilim Plus Ұстаз кабинетінде ЖИ оқу мақсаттарының коды бойынша жинайды. Симуляцияны сыныпқа беруге не тақтаға шығаруға болады.
Жиі қойылатын сұрақтар
- Құрал-жабдықсыз орындауға бола ма?
- Иә, виртуалды зертханалық жұмыс бар: «Механикалық зертхана» симуляциясы, «Сұйықтықтар» режимі, «Сұйықтықтағы динамометр» бөлімі. Оны компьютерде немесе телефонда орындауға болады, ал нәтижені журналға рәсімдеу — мұғалімнің талабы бойынша.
- Қорытындыны қалай жазу керек?
- Әртүрлі тәжірибелердегі кері итеруші күштің мәндерін келтіріп, оның неге тәуелді, неге тәуелді емес екенін жазыңыз және оны ығыстырылған сұйықтың салмағымен салыстырыңыз.
- Неліктен дене стақанның түбіне тимеуі керек?
- Түбі денені тіреп тұрады да, динамометрдің көрсеткіші одан әрі азаяды, сөйтіп кері итеруші күш шын мәнінен үлкен болып шығады.