Ход работы, страница 38 - гдз по физике 7 класс лабораторный практикум Холина, Березин

Лабораторная работа № 10

https://go.prosv.ru/dToPgA

ИЗУЧЕНИЕ ВЫТАЛКИВАЮЩЕЙ СИЛЫ

► Цель работы

Ознакомиться с методикой измерения выталкивающей силы.

► Приборы и материалы

Динамометр, электронные весы, два металлических цилиндра одинакового объема и разной массы, нить, сосуд с водой.

► Подготовка к работе

На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, называемая также архимедовой силой.

Если подвесить тело на нити к крючку динамометра и погружать его в воду, то, благодаря действию выталкивающей силы, показания динамометра будут уменьшаться.

Для определения выталкивающей силы, действующей на тело, погружённое в воду, можно измерить вес тела в воздухе $P_1$ (рис. 17, а) и вес тела в воде $P_2$ (рис. 17, б). Выталкивающая сила равна разности между весом тела в воздухе и в воде:

$F_{\text{выт}} = P_1 - P_2$.

В работе предлагается: 1) определить выталкивающую силу, действующую на цилиндр, погружённый в воду; 2) проверить, зависит ли выталкивающая сила от массы цилиндра.

Рис. 17

► Ход работы

1. Определите цену деления шкалы динамометра.

2. Измерьте массу цилиндра с помощью электронных весов. Запишите в таблицу результат с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной единице младшего разряда на табло весов.

3. Подвесьте цилиндр на нити к крючку динамометра и измерьте вес цилиндра в воздухе (см. рис. 17, а). Запишите в таблицу результат измерения с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы динамометра.

4. Измерьте вес цилиндра, полностью погружённого в воду (см. рис. 17, б). Запишите в таблицу результат с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы динамометра.

5. Вычислите выталкивающую силу, действующую на цилиндр. Результат запишите в таблицу с учётом абсолютной погрешности.

Указание. Абсолютная погрешность измерения выталкивающей силы оценивается как сумма абсолютных погрешностей измерения веса тела в воздухе и веса тела в воде.

6. Повторите измерения, указанные в п. 2–5, для второго цилиндра. Результаты измерений запишите в таблицу.

7. Проанализируйте результаты и сделайте вывод.

1. Определите цену деления шкалы динамометра.

Для определения цены деления шкалы динамометра выберем два соседних оцифрованных штриха, например, 0 Н и 1 Н. Найдём разность их значений: $1\text{ Н} - 0\text{ Н} = 1\text{ Н}$. Сосчитаем число делений (промежутков) между этими штрихами, оно равно 10. Цена деления $\text{C}$ равна отношению разности значений к числу делений:

$C = \frac{1\text{ Н}}{10} = 0.1\text{ Н}$

Абсолютную погрешность измерения динамометром примем равной цене деления: $\Delta P = C = 0.1\text{ Н}$.

Ответ: Цена деления динамометра равна 0.1 Н.

2-5. Измерение и расчёт выталкивающей силы для первого цилиндра.

Проведём измерения для первого цилиндра (например, из алюминия).
2. Измерим массу цилиндра с помощью электронных весов. Абсолютную погрешность измерения массы примем равной 0.1 г (соответствует младшему разряду на табло весов). Результат измерения: $m_1 = (81.0 \pm 0.1)$ г.
3. Подвесим цилиндр к динамометру и измерим его вес в воздухе. Результат измерения: $P_1 = (0.8 \pm 0.1)$ Н.
4. Полностью погрузим цилиндр в сосуд с водой и измерим его вес в воде. Результат измерения: $P_2 = (0.5 \pm 0.1)$ Н.
5. Вычислим выталкивающую силу, действующую на цилиндр.

Дано:

$m_1 = (81.0 \pm 0.1)$ г
$P_1 = (0.8 \pm 0.1)$ Н
$P_2 = (0.5 \pm 0.1)$ Н

Перевод в СИ:
$m_1 = (0.0810 \pm 0.0001)$ кг

Найти:

$F_{выт1} \pm \Delta F_{выт1}$

Решение:

Выталкивающая сила равна разности веса тела в воздухе и в воде:
$F_{выт1} = P_1 - P_2 = 0.8\text{ Н} - 0.5\text{ Н} = 0.3\text{ Н}$
Абсолютная погрешность измерения выталкивающей силы равна сумме абсолютных погрешностей измерения веса тела в воздухе и в воде:
$\Delta F_{выт1} = \Delta P_1 + \Delta P_2 = 0.1\text{ Н} + 0.1\text{ Н} = 0.2\text{ Н}$
Таким образом, результат для первого цилиндра: $F_{выт1} = (0.3 \pm 0.2)$ Н.

Ответ: Выталкивающая сила, действующая на первый цилиндр, равна $(0.3 \pm 0.2)$ Н.

6. Повторение измерений для второго цилиндра.

Повторим измерения для второго цилиндра (например, из стали), имеющего тот же объём, что и первый, но большую массу.
Измерим массу второго цилиндра: $m_2 = (234.0 \pm 0.1)$ г.
Измерим вес второго цилиндра в воздухе: $P_1 = (2.3 \pm 0.1)$ Н.
Измерим вес второго цилиндра, полностью погружённого в воду: $P_2 = (2.0 \pm 0.1)$ Н.
Вычислим выталкивающую силу.

Дано:

$m_2 = (234.0 \pm 0.1)$ г
$P_1 = (2.3 \pm 0.1)$ Н
$P_2 = (2.0 \pm 0.1)$ Н

Перевод в СИ:
$m_2 = (0.2340 \pm 0.0001)$ кг

Найти:

$F_{выт2} \pm \Delta F_{выт2}$

Решение:

$F_{выт2} = P_1 - P_2 = 2.3\text{ Н} - 2.0\text{ Н} = 0.3\text{ Н}$
$\Delta F_{выт2} = \Delta P_1 + \Delta P_2 = 0.1\text{ Н} + 0.1\text{ Н} = 0.2\text{ Н}$
Результат измерения выталкивающей силы для второго цилиндра: $F_{выт2} = (0.3 \pm 0.2)$ Н.

Ответ: Выталкивающая сила, действующая на второй цилиндр, равна $(0.3 \pm 0.2)$ Н.

Занесём все результаты измерений и вычислений в таблицу.

7. Проанализируйте результаты и сделайте вывод.

Сравнивая результаты измерений для двух цилиндров, мы видим, что их массы и, соответственно, веса в воздухе и в воде значительно различаются. Масса второго цилиндра ($234.0$ г) почти в 3 раза больше массы первого ($81.0$ г). Однако вычисленные значения выталкивающей силы для обоих цилиндров оказались одинаковыми в пределах погрешности измерений: $F_{выт1} = (0.3 \pm 0.2)$ Н и $F_{выт2} = (0.3 \pm 0.2)$ Н. Это произошло потому, что по условию эксперимента цилиндры имели одинаковый объём и были полностью погружены в одну и ту же жидкость (воду).

Ответ: В ходе лабораторной работы было экспериментально установлено, что выталкивающая сила, действующая на полностью погружённое в жидкость тело, не зависит от массы (и веса) этого тела. Для двух тел одинакового объёма, погружённых в одну и ту же жидкость, выталкивающие силы равны.