Номер 1, страница 168 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

1. Изготовьте из подручного материала ареометр, проградуируйте его, используя жидкости известной плотности.

1. Для изготовления ареометра из подручных материалов и его последующей градуировки, необходимо следовать приведенной ниже инструкции. Ареометр — это прибор для измерения плотности жидкостей, работающий на основе закона Архимеда.

Подготовка к работе.

Для создания ареометра понадобятся следующие подручные материалы: пластиковая соломинка для напитков, пластилин или несколько мелких металлических предметов (например, дробинки, гвоздики) в качестве утяжелителя, ножницы, водостойкий клей или зажигалка, узкая полоска бумаги, карандаш, линейка, высокий узкий сосуд (например, мерный цилиндр), а также несколько жидкостей с заранее известной плотностью для градуировки (например, дистиллированная вода, насыщенный солевой раствор, растительное масло).

Изготовление ареометра.

Шаг 1: Сборка корпуса. Возьмите пластиковую соломинку. Один ее конец нужно сделать герметичным. Этого можно достичь, аккуратно запаяв его над пламенем (соблюдая осторожность и под присмотром взрослых) или заклеив водостойким клеем. Внутрь запаянного конца поместите утяжелитель — кусочек пластилина или несколько дробинок. Груз необходим для того, чтобы ареометр плавал строго вертикально и был устойчив. Подберите массу груза так, чтобы в воде соломинка плавала, не касаясь дна, и ее верхняя часть выступала над поверхностью.

Шаг 2: Подготовка шкалы. Вырежьте из бумаги узкую полоску, которая свободно входит внутрь соломинки. Эта полоска будет служить шкалой прибора. Вставьте ее в соломинку.

Принцип действия.

Работа ареометра основана на законе Архимеда. Когда ареометр плавает, его вес $\text{P}$ уравновешивается выталкивающей силой (силой Архимеда) $F_A$. Сила Архимеда равна весу вытесненной жидкости: $F_A = \rho_{ж} \cdot g \cdot V_{погр}$, где $\rho_{ж}$ — плотность жидкости, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $V_{погр}$ — объем погруженной части ареометра. Из условия плавания $P = F_A$ и того, что вес ареометра $P = m \cdot g$ постоянен, следует равенство $m \cdot g = \rho_{ж} \cdot g \cdot V_{погр}$. Сократив $\text{g}$, получаем $m = \rho_{ж} \cdot V_{погр}$. Отсюда объем погруженной части $V_{погр} = \frac{m}{\rho_{ж}}$. Это означает, что глубина погружения ареометра обратно пропорциональна плотности жидкости. В более плотной жидкости ареометр будет погружаться на меньшую глубину, а в менее плотной — на большую.

Градуировка ареометра.

Градуировка — это нанесение на шкалу отметок, соответствующих известным значениям плотности. Во-первых, налейте в высокий сосуд дистиллированную воду. Плотность воды при комнатной температуре составляет примерно $\rho_{воды} = 1000 \text{ кг/м}^3$ (или $1,0 \text{ г/см}^3$). Опустите ареометр в воду и дождитесь его стабилизации. Отметьте на бумажной шкале уровень воды и подпишите значение "1,0". Во-вторых, выньте ареометр, высушите его и опустите в другую жидкость, например, в растительное масло, плотность которого около $\rho_{масла} = 920 \text{ кг/м}^3$ ($0,92 \text{ г/см}^3$). Масло менее плотное, чем вода, поэтому ареометр погрузится глубже. Отметьте новый уровень и подпишите "0,92". В-третьих, используйте жидкость плотнее воды, например, насыщенный раствор поваренной соли с плотностью около $\rho_{соли} = 1200 \text{ кг/м}^3$ ($1,2 \text{ г/см}^3$). В этом растворе ареометр всплывет выше, чем в пресной воде. Отметьте этот уровень и подпишите "1,2". Чем больше эталонных жидкостей будет использовано, тем точнее получится шкала. Следует помнить, что шкала ареометра неравномерна. После нанесения всех отметок, шкалу можно вынуть, аккуратно нанести риски и цифры и вставить обратно. Ареометр готов.

Ответ: В результате выполнения описанных действий изготовлен и проградуирован самодельный ареометр. Его конструкция состоит из утяжеленной соломинки с бумажной шкалой внутри. Градуировка шкалы проведена эмпирическим путем с использованием жидкостей с известной плотностью (вода, масло, солевой раствор) в соответствии с законом Архимеда. Полученный прибор пригоден для приблизительного измерения плотности жидкостей.