Урок 7 класи 30.03.2020

Тема. Виштовхувальна сила в рідинах та газах. Закон Архімеда

Ви повинні вміти та знати: поняття та визначення виштовхувальної сили, формулювання закону Архімеда, застосування його при розв’язуванні задач, пояснити практичне його застосування, формулу виштовхувальної (архімедової) сили.

Зворотній зв'язок: для з’ясування проблемних питань з даної теми пропонуємо заповнити гугл-форму за посиланнями: 7-А , 7-Б,   7-В,  7-Г, 7-Д

 

 Домашнє завдання (виконати до 10 год 01 квітня 2020 року): опрацювати опорний конспект даного уроку, записати в робочий зошит міні-конспект, переглянути відеофрагменти до уроку, виконати тест за посиланнями  7-А, 7-Б, 7-В, 7-Г, 7-Д 

(тест відкритий до 9 год 1 квітня)

Сьогодні на уроці ви з’ясуєте:

•  чому можливе плавання величезних океанських суднів, підводних човнів, повітряних куль;

•  чому м’яч, який занурили у воду та відпустили, вискакує над поверхнею води;

•  чому важкий камінь, який на суходолі не можна посунути з місця, легко підняти під водою.

Опорний конспект

1.Існування виштовхувальної сили

Для доведення існування виштовхувальної сили проведіть наступний експеримент.

Прикріпіть кульку або довільне суцільне тіло до пружини і обережно, занурюючи його у посудину з водою, спостерігайте за видовженням пружини.  (Видовження пружини зменшиться  ???) 

Якась сила намагається виштовхнути тіло, занурене в воду.
Для того, щоб з’ясувати причину зменшення видовження пружини, розглянемо занурений у рідину кубик. На нього з усіх сторін діють сили гідростатичного тиску рідини.

Вони протилежні за напрямом та рівні за значенням, оскільки площі бічних граней однакові та ці грані розташовані на однаковій глибині. Такі сили зрівноважують одна одну.

А от сили гідростатичного тиску F₁ і F₂, що відповідно діють на верхню і нижню грані кубика, одна одну не зрівноважують.

На верхню грань кубика діє сила тиску F₁:

F₁₌p₁S=ρрід gh1S,

де ρрід gh1 – гідростатичний тиск рідини, S – площа грані.

Аналогічно на нижню грань кубика діє сила тиску F₂:

F₂₌p₂S=ρрід gh2S.

Нижня грань перебуває на більшій глибині, ніж верхня (h1<h2), тому сила тиску F₂ більша за силу тиску F₁. Рівнодійна цих сил дорівнює різниці значень F₂ і F₁ і напрямлена в бік більшої сили, тобто вертикально вгору.

По вертикалі вгору на кубик, занурений у рідину, діє сила, зумовлена різницею тисків на його верхню і нижню грані, - виштовхувальна сила:

F_вишт =F₂ – F₁.

На тіло, розташоване в газі, також діє виштовхувальна сила, але значно менша від виштовхувальної сили, що діє на те саме тіло в рідині, адже густина газу набагато менша від густини рідини. Виштовхувальну силу ще називають архімедовою силою.

2. Виведення формули архімедової сили

Для визначення архімедової сили пропоную вам переглянути відеофрагмент

Визначимо значення архімедової сили для кубика, зануреного в рідину. Отже,   F_арх =F₂ – F₁,

де  F₁₌p₁S=ρрід gh1S – сила тиску рідини, що діє на верхню грань кубика, F₂₌p₂S=ρрід gh2S.  – сила тиску рідини на нижню грань кубика.

Знаючи F₂ і F₁, знайдемо виштовхувальну силу:

F_арх= p₂S-p₁S= ρрід gh2S-ρрід gh1S =ρрід gS (h2  - h1).

Різниця глибин (h2-h1), на яких перебувають нижня і верхня грані кубика, є висотою h кубика, отже, F_арх =ρрід gS h,

Оскільки V=Sh, то F_арх =ρрід gV.

Тут ρрідV – це маса рідини в об’ємі кубика, тобто маса рідини, об’єм якої дорівнює об’єму кубика. Оскільки ρрідV =mрід, то F_арх =ρрід gV =mрідg =Pрід.

Архімедова сила дорівнює вазі рідини в об’ємі кубика.

                                          F_арх=Pрід.

Ми розглянули випадок із кубиком, який був повністю занурений у рідину. Проте отриманий результат справджується для тіла будь-якої форми і у випадках, коли тіло занурене в рідину частково, - для розрахунків лише потрібно брати об’єм зануреної в рідину частини тіла. Крім того, результат справджується і для газів.

Закон Архімеда: на тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, яка дорівнює вазі рідини або газу в об’ємі зануреної частини тіла:

F_арх =ρрід gVзан,

де F_арх – архімедова сила,  ρрід– густина рідини або газу, Vзан– об’єм зануреної частини тіла.

Архімедова сила прикладена до центра зануреної частини тіла і напрямлена вертикально вгору.