Лабораторная работа №6, страница 159 - гдз по физике 7 класс учебник Кронгарт, Даданбеков

Лабораторная работа №6

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА АРХИМЕДА

Цель работы: научиться измерять архимедову силу, действующую на тела разной формы, погруженные в воду.

Оборудование: тела цилиндрической, кубической и неправильной формы с при-вязанными к ним нитями; мерный цилиндр (мензурка); динамометр; стакан с водой; линейка.

Задание 1.

Ход работы:

1. Измерьте объем тела цилиндрической формы, используя мензурку с водой.

2. Рассчитайте значение архимедовой силы $F_A$, действующей на тело (плотность воды 1000 кг/$м^3$). Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу 1.

Таблица 1

№ опыта Тело Объем тела $V, м^3$ Архимедова сила $F_A, H$ Сила тяжести $F_{тяж.}, H$ Сила упругости $F_{упр.}, H$ Архимедова сила $F_A', H$

1 Цилиндрическое

2 Кубическое

3 Неправильной формы

3. Подвесьте к динамометру на нити тело. Измерьте силу тяжести, действующую на него (вес тела в воздухе) (рис. 6.1).

4. Опустите тело в стакан с водой и измерьте силу упругости пружины (вес в воде).

5. Вычислите значение архимедовой силы: $F_A' = F_{тяж.} - F_{упр.}$. Результаты запишите в таблицу.

Рис. 6.1

6. Определите архимедову силу, действующую на куб и на тело неправильной формы. Результаты запишите в таблицу.

7. Сравните значения архимедовой силы, полученные для каждого тела двумя способами. Сделайте вывод.

Задание 1.

Для выполнения данного задания воспользуемся данными, представленными на Рис. 6.1, и общими физическими константами.

Дано:

Показания динамометра в воздухе (вес тела в воздухе): $P_1 = F_{тяж} = 3.5$ Н

Показания динамометра в воде (вес тела в воде): $P_2 = F_{упр} = 3.0$ Н

Плотность воды: $\rho_{воды} = 1000$ кг/м³

Ускорение свободного падения: $g \approx 10$ Н/кг

Найти:

Заполнить таблицу 1 для цилиндрического тела, а именно найти: $V, F_A, F_{тяж}, F_{упр}, F_A'$. Сравнить значения $F_A$ и $F_A'$ и сделать вывод.

Решение:

Ход работы

3. Подвесьте к динамометру на нити тело. Измерьте силу тяжести, действующую на него (вес тела в воздухе) (рис. 6.1).

Согласно показаниям динамометра слева на рис. 6.1, сила тяжести, действующая на цилиндрическое тело, равна весу тела в воздухе. Шкала динамометра проградуирована в Ньютонах (Н). Цена деления составляет 0.1 Н. Стрелка указывает на значение 3.5 Н.

$F_{тяж} = 3.5$ Н.

Ответ: Сила тяжести, действующая на тело, $F_{тяж} = 3.5$ Н.

4. Опустите тело в стакан с водой и измерьте силу упругости пружины (вес в воде).

Согласно показаниям динамометра справа на рис. 6.1, вес тела в воде (равный силе упругости пружины динамометра) составляет 3.0 Н.

$F_{упр} = 3.0$ Н.

Ответ: Сила упругости пружины при погружении тела в воду $F_{упр} = 3.0$ Н.

5. Вычислите значение архимедовой силы: $F_A' = F_{тяж} - F_{упр}$. Результаты запишите в таблицу.

Архимедова сила, найденная экспериментально, равна разности веса тела в воздухе и веса тела в воде.

$F_A' = F_{тяж} - F_{упр} = 3.5 \text{ Н} - 3.0 \text{ Н} = 0.5 \text{ Н}$.

Ответ: Значение архимедовой силы, вычисленное по разности веса, $F_A' = 0.5$ Н.

1. Измерьте объем тела цилиндрической формы, используя мензурку с водой.

В данном случае у нас нет данных измерения с мензурки. Однако, мы можем вычислить объем тела, зная выталкивающую силу, которая на него действует. Так как тело полностью погружено в воду, объем вытесненной воды равен объему тела $V$.

Из формулы архимедовой силы $F_A = \rho_{воды} \cdot g \cdot V$ выразим объем $V$.

$V = \frac{F_A'}{\rho_{воды} \cdot g} = \frac{0.5 \text{ Н}}{1000 \text{ кг/м³} \cdot 10 \text{ Н/кг}} = 0.00005 \text{ м³} = 5 \cdot 10^{-5} \text{ м³}$.

Ответ: Объем тела $V = 5 \cdot 10^{-5}$ м³.

2. Рассчитайте значение архимедовой силы $F_A$, действующей на тело. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу 1.

Теперь рассчитаем архимедову силу теоретически, используя найденный объем тела.

$F_A = \rho_{воды} \cdot g \cdot V = 1000 \text{ кг/м³} \cdot 10 \text{ Н/кг} \cdot 5 \cdot 10^{-5} \text{ м³} = 0.5 \text{ Н}$.

Занесем все полученные и измеренные данные в таблицу 1 для цилиндрического тела.

Таблица 1

Результаты для цилиндрического тела (опыт №1):

Объем тела V, м³: $5 \cdot 10^{-5}$

Архимедова сила $F_A$, Н: 0.5

Сила тяжести $F_{тяж}$, Н: 3.5

Сила упругости $F_{упр}$, Н: 3.0

Архимедова сила $F_A'$, Н: 0.5

Ответ: Значение архимедовой силы, рассчитанное по формуле, $F_A = 0.5$ Н. Результаты занесены в таблицу.

6. Определите архимедову силу, действующую на куб и на тело неправильной формы. Результаты запишите в таблицу.

В условии задачи отсутствуют данные (результаты измерений объема или веса в воздухе и в воде) для кубического и неправильной формы тел, поэтому выполнить расчеты для них невозможно.

Ответ: Недостаточно данных для выполнения пункта.

7. Сравните значения архимедовой силы, полученные для каждого тела двумя способами. Сделайте вывод.

Сравним значения архимедовой силы для цилиндрического тела, полученные двумя способами:

1. Расчет по формуле через объем тела: $F_A = 0.5$ Н.

2. Расчет по разности веса тела в воздухе и в воде: $F_A' = 0.5$ Н.

Полученные значения совпадают: $F_A = F_A'$.

Вывод:

В ходе лабораторной работы было установлено, что архимедову силу можно определить двумя способами: как вес жидкости в объеме погруженной части тела ($F_A = \rho_ж g V_т$) и как разность между весом тела в воздухе и его весом в жидкости ($F_A' = P_{воздух} - P_{жидкость}$). Совпадение результатов, полученных этими двумя способами, экспериментально подтверждает справедливость закона Архимеда. В идеальном эксперименте без погрешностей измерений эти два значения должны быть равны.

Ответ: Значения архимедовой силы, полученные двумя способами, равны ($0.5$ Н), что подтверждает закон Архимеда.