Номер 7, страница 228 - гдз по физике 9 класс учебник Шахмаев, Бунчук

Приложения. Приложение 3. Лабораторные работы - номер 7, страница 228.

Условие.

7. Измерение выталкивающей (архимедовой) силы

Цель работы: обнаружить на опыте выталкивающее действие жидкости на погруженное в нее тело и научиться измерять выталкивающую силу с помощью динамометра.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой; тело; динамометр; сосуд с водой и сосуд с насыщенным раствором соли в воде; нить.

Порядок выполнения работы

1. Соберите установку по рисунку 193. Для этого в лапке штатива закрепите динамометр. С помощью нити подвесьте тело к динамометру. Определите по показанию динамометра вес тела $P_0$ в воздухе.

2. Подставьте под груз сосуд с водой и опустите муфту с лапкой и динамометром так, чтобы все тело погрузилось в воду. Запишите показание динамометра. Это будет вес тела в воде $(P)$.

3. По полученным данным вычислите выталкивающую силу, действующую на тело в воде.

4. Повторите опыт, погрузив тело в воду наполовину. Снова определите выталкивающую силу.

5. Сделайте вывод о зависимости архимедовой силы от объема вытесненной телом жидкости.

6. Вместо чистой воды возьмите насыщенный раствор соли и снова определите выталкивающую силу, действующую на тело при полном его погружении в жидкость.

7. Сделайте вывод о характере зависимости выталкивающей силы от плотности жидкости.

Рис. 193

Решение.

Ввиду отсутствия возможности провести реальный эксперимент, представим его гипотетические результаты, которые соответствуют физическим законам, и на их основе выполним все пункты работы.

1. Соберите установку по рисунку 193. Для этого в лапке штатива закрепите динамометр. С помощью нити подвесьте тело к динамометру. Определите по показанию динамометра вес тела $P_0$ в воздухе.

Проводим измерение веса тела в воздухе. Допустим, показание динамометра составило $P_0 = 3,0$ Н.

2. Подставьте под груз сосуд с водой и опустите муфту с лапкой и динамометром так, чтобы все тело погрузилось в воду. Запишите показание динамометра. Это будет вес тела в воде ($\text{P}$).

При полном погружении тела в воду показание динамометра уменьшится. Предположим, что новое значение веса тела в воде $P_1 = 1,8$ Н.

3. По полученным данным вычислите выталкивающую силу, действующую на тело в воде.

Дано:

Вес тела в воздухе $P_0 = 3,0$ Н

Вес тела в воде (полное погружение) $P_1 = 1,8$ Н

Все величины представлены в системе СИ.

Найти:

Выталкивающую силу $F_{А1}$

Решение:

Выталкивающая сила (сила Архимеда) определяется как разность веса тела в воздухе и веса тела в жидкости.

$F_{А1} = P_0 - P_1$

Выполним расчет:

$F_{А1} = 3,0 \text{ Н} - 1,8 \text{ Н} = 1,2 \text{ Н}$

Ответ: выталкивающая сила, действующая на полностью погруженное в воду тело, равна $1,2$ Н.

4. Повторите опыт, погрузив тело в воду наполовину. Снова определите выталкивающую силу.

Погрузим тело в воду наполовину. Объем погруженной части тела уменьшился вдвое, поэтому выталкивающая сила также должна уменьшиться. Показания динамометра будут больше, чем при полном погружении. Допустим, динамометр показывает $P_2 = 2,4$ Н.

Дано:

Вес тела в воздухе $P_0 = 3,0$ Н

Вес тела в воде (погружение наполовину) $P_2 = 2,4$ Н

Все величины представлены в системе СИ.

Найти:

Выталкивающую силу $F_{А2}$

Решение:

Аналогично предыдущему пункту, находим выталкивающую силу:

$F_{А2} = P_0 - P_2$

Выполним расчет:

$F_{А2} = 3,0 \text{ Н} - 2,4 \text{ Н} = 0,6 \text{ Н}$

Ответ: выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в воду наполовину, равна $0,6$ Н.

5. Сделайте вывод о зависимости архимедовой силы от объема вытесненной телом жидкости.

Сравним результаты двух экспериментов. При полном погружении тела в воду выталкивающая сила была равна $F_{А1} = 1,2$ Н. Когда тело погрузили наполовину, объем вытесненной жидкости уменьшился в два раза, и выталкивающая сила также уменьшилась в два раза, составив $F_{А2} = 0,6$ Н. Это указывает на прямую пропорциональную зависимость.

Ответ: архимедова сила прямо пропорциональна объему вытесненной телом жидкости (объему погруженной части тела).

6. Вместо чистой воды возьмите насыщенный раствор соли и снова определите выталкивающую силу, действующую на тело при полном его погружении в жидкость.

Плотность насыщенного раствора соли выше плотности чистой воды. Поэтому при том же объеме погружения выталкивающая сила должна быть больше. Вес тела в этой жидкости будет меньше, чем в воде. Допустим, показание динамометра $P_3 = 1,56$ Н.

Дано:

Вес тела в воздухе $P_0 = 3,0$ Н

Вес тела в насыщенном растворе соли (полное погружение) $P_3 = 1,56$ Н

Все величины представлены в системе СИ.

Найти:

Выталкивающую силу $F_{А3}$

Решение:

Находим выталкивающую силу в растворе соли:

$F_{А3} = P_0 - P_3$

Выполним расчет:

$F_{А3} = 3,0 \text{ Н} - 1,56 \text{ Н} = 1,44 \text{ Н}$

Ответ: выталкивающая сила, действующая на тело, полностью погруженное в насыщенный раствор соли, равна $1,44$ Н.

7. Сделайте вывод о характере зависимости выталкивающей силы от плотности жидкости.

Сравним выталкивающие силы, действующие на полностью погруженное тело в воде ($F_{А1} = 1,2$ Н) и в растворе соли ($F_{А3} = 1,44$ Н). Объем вытесненной жидкости в обоих случаях одинаков. Плотность раствора соли больше плотности воды, и выталкивающая сила в растворе соли также оказалась больше. Это указывает на прямую пропорциональную зависимость.

Ответ: выталкивающая сила прямо пропорциональна плотности жидкости, в которую погружено тело.