Лабораторная работа №6. Изучение закона Архимеда
Физика, 7 класс. Учебник: Кронгарт Б.А. и др. (Мектеп, 2025). Глава 6: Давление. Страницы 159–160.
Чему научишься
- Измерять объём тела через мензурку с водой.
- Считать архимедову силу по формуле $F_{\text{А}}=\rho_{\text{ж}}gV$.
- Находить ту же силу динамометром как разность веса в воздухе и в воде.
- Сравнивать два результата и делать вывод о законе Архимеда.
Разминка
- Что такое архимедова сила? Сила, с которой жидкость выталкивает погружённое в неё тело вверх.
- По какой формуле её считают? $F_{\text{А}}=\rho_{\text{ж}}gV$, где $V$ — объём погружённой части тела.
- Чему равна плотность воды? $1000,\text{кг/м}^3$.
- Как перевести см³ в м³? $1,\text{см}^3=10^{-6},\text{м}^3$. Например, $50,\text{см}^3=5\cdot10^{-5},\text{м}^3$.
💡 В воде тело «легчает»: пружину динамометра тянет вниз уже не весь вес, ведь часть его держит вода. Эта разница и есть архимедова сила.
Разбираемся
Цель и оборудование
Цель. Научиться измерять архимедову силу, действующую на тела разной формы, погружённые в воду.
Оборудование. Три тела (цилиндр, куб и тело неправильной формы) на нитках, мензурка, динамометр, стакан с водой, линейка.
Задание 1. Две дороги к одной силе
Мы найдём $F_{\text{А}}$ двумя независимыми способами и посмотрим, совпадут ли они. Если закон Архимеда верен, то обязаны совпасть.
⚠️ Частая ошибка. Забыть перевести объём в м³. Если подставить $50$ вместо $5\cdot10^{-5}$, сила получится в миллион раз больше. Ещё одна ловушка: тело задело дно стакана, и динамометр показал не то. Держи тело на нитке «в подвешенном» состоянии.
Пример заполненной таблицы
Цилиндр — $50,\text{см}^3$, куб с ребром 3 см — $27,\text{см}^3$, неправильное тело: уровень поднялся с 60 до 100 мл, то есть $40,\text{см}^3$.
| № | Тело | $V$, м³ | $F_{\text{А}}$, Н | $F_{\text{тяж}}$, Н | $F_{\text{упр}}$, Н | $F_{\text{А}}'$, Н |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | цилиндр | $5{,}0\cdot10^{-5}$ | 0,50 | 1,4 | 0,9 | 0,5 |
| 2 | куб | $2{,}7\cdot10^{-5}$ | 0,27 | 2,1 | 1,8 | 0,3 |
| 3 | неправильной формы | $4{,}0\cdot10^{-5}$ | 0,40 | 1,1 | 0,7 | 0,4 |
Расчёт для цилиндра: $F_{\text{А}}=1000\cdot10\cdot5{,}0\cdot10^{-5}=0{,}50,\text{Н}$. Динамометром: $F_{\text{А}}'=1{,}4-0{,}9=0{,}5,\text{Н}$.
Для сравнения — все шесть чисел на одной диаграмме:
Сравнение и разброс
Для цилиндра и неправильного тела числа совпали, для куба $0{,}27$ и $0{,}30$ Н. Различие $0{,}03$ Н меньше цены деления динамометра (0,1 Н), то есть лежит в пределах погрешности измерения.
Вывод
Архимедова сила, найденная по формуле $\rho_{\text{ж}}gV$, и сила, найденная как «потеря веса» в воде, совпали в пределах погрешности для тел любой формы. Значит, выталкивающая сила зависит от объёма погружённого тела и плотности жидкости, а не от формы тела. Это подтверждает закон Архимеда.
🌟 Легенда: Архимед вскрикнул «Эврика!», когда лёг в ванну и заметил, как вода вытесняется его телом. Мы сегодня повторили его открытие с динамометром и мензуркой.
⚠️ Техника безопасности. Стакан и мензурка стеклянные: ставь их подальше от края стола. Пролитую воду сразу вытирай, чтобы не поскользнуться. Следи, чтобы грузы на нитках не упали на ногу.
👨👩👧 Родителю. Дома можно взять пакет с яблоком на нитке и кухонные пружинные весы: в воздухе и в кастрюле с водой показания отличаются. Спросите ребёнка, куда «делся» вес.
Шпаргалка
| Величина | Обозначение | Единица СИ |
|---|---|---|
| архимедова сила | $F_{\text{А}}$ | Н |
| плотность жидкости | $\rho_{\text{ж}}$ | кг/м³ |
| объём тела | $V$ | м³ |
| вес в воздухе / в воде | $F_{\text{тяж}}$, $F_{\text{упр}}$ | Н |
- Объём тела — это объём вытесненной воды.
- Форма тела на архимедову силу не влияет.
- Не касайся дна и стенок, когда измеряешь вес в воде.