Лабораторная работа №7. Определение условия плавания тел
Физика, 7 класс. Учебник: Кронгарт Б.А. и др. (Мектеп, 2025). Глава 6: Давление. Страницы 160–162.
Чему научишься
- Находить условия, при которых тело плавает, «висит» в воде и тонет.
- Считать архимедову силу и силу тяжести пробирки и сравнивать их.
- Различать плавание на поверхности и плавание внутри жидкости.
- Записывать результаты в таблицу и делать общий вывод.
Разминка
- Что значит «тело плавает»? Тело не тонет и остаётся в жидкости, на поверхности или внутри.
- Какая сила тянет тело вниз? Сила тяжести $F_{\text{тяж}}=mg$.
- Какая сила выталкивает его вверх? Архимедова $F_{\text{А}}=\rho_{\text{ж}}gV$.
- Что происходит, если вниз тянет сильнее? Тело тонет.
💡 Условие плавания — это борьба двух сил: вниз тянет $F_{\text{тяж}}$, вверх выталкивает $F_{\text{А}}$. Кто сильнее, тот и решает судьбу тела.
Разбираемся
Цель и оборудование
Цель. Опытом установить, при каких условиях тело тонет, всплывает и плавает.
Проверяем три утверждения:
- а) если $mg<F_{\text{А}}$ (максимальной), то тело плавает, частично погрузившись;
- б) если $mg=F_{\text{А}}$ (максимальной), то тело плавает, полностью погрузившись;
- в) если $mg>F_{\text{А}}$ (максимальной), то тело тонет.
Оборудование. Мензурка с водой, весы с разновесом, пробирка с пробкой, песок, стеклянная или деревянная палочка.
Задание 1. Пробирка с песком
⚠️ Частая ошибка. Путать массу и силу тяжести: весы показывают массу в граммах. Сначала переведи в килограммы, потом умножь на $g=10,\text{Н/кг}$: $25,\text{г}=0{,}025,\text{кг}$, $F_{\text{тяж}}=0{,}25,\text{Н}$.
Пример заполненной таблицы
Объём пробирки с пробкой при полном погружении: $V=25,\text{см}^3=2{,}5\cdot10^{-5},\text{м}^3$. Значит, наибольшая архимедова сила: $F_{\text{А max}}=1000\cdot10\cdot2{,}5\cdot10^{-5}=0{,}25,\text{Н}$.
| № | Объём погружённой части $V$, м³ | $F_{\text{А}}$, Н | Масса $m$, кг | $F_{\text{тяж}}$, Н | Соотношение | Поведение в воде |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | $1{,}8\cdot10^{-5}$ | 0,18 | 0,018 | 0,18 | $F_{\text{А}}=F_{\text{тяж}}$ (при $F_{\text{А max}}>F_{\text{тяж}}$) | плавает на поверхности |
| 2 | $2{,}1\cdot10^{-5}$ | 0,21 | 0,021 | 0,21 | $F_{\text{А}}=F_{\text{тяж}}$ (при $F_{\text{А max}}>F_{\text{тяж}}$) | плавает, часть над водой |
| 3 | $2{,}5\cdot10^{-5}$ | 0,25 | 0,025 | 0,25 | $F_{\text{А max}}=F_{\text{тяж}}$ | плавает внутри воды |
| 4 | $2{,}5\cdot10^{-5}$ | 0,25 | 0,040 | 0,40 | $F_{\text{А max}}<F_{\text{тяж}}$ | тонет |
📌 На плавающее на поверхности тело действуют две равные силы: сколько оно весит, столько воды «подставка» и вытесняет. Поэтому погружённая часть и подстраивается, пока $F_{\text{А}}=F_{\text{тяж}}$.
Наклонная линия — сила тяжести $mg$, она растёт с песком. Горизонтальная — максимально возможная архимедова сила (больше она не станет). Правее пересечения тело тонет.
Вывод
- Если $F_{\text{тяж}}<F_{\text{А max}}$, пробирка плавает на поверхности, частично погрузившись (опыты 1 и 2).
- Если $F_{\text{тяж}}=F_{\text{А max}}$, пробирка плавает внутри воды, полностью погрузившись (опыт 3).
- Если $F_{\text{тяж}}>F_{\text{А max}}$, пробирка тонет (опыт 4).
Все три утверждения подтвердились.
🌟 Так устроена подводная лодка: заполняя баки водой, она увеличивает свой вес и погружается, а выкачивая воду, всплывает. Это тот же опыт с песком в пробирке.
⚠️ Техника безопасности. Мензурка и пробирка стеклянные: не роняй их и не нажимай палочкой сильно. Песок сыпь над поддоном, чтобы не просыпать на пол и не поскользнуться.
👨👩👧 Родителю. Дома то же получится с пластиковой бутылкой: пустая плавает, с песком и водой тонет. Попросите ребёнка подобрать количество песка так, чтобы бутылка зависла в воде.
Шпаргалка
| Величина | Обозначение | Единица СИ |
|---|---|---|
| масса | $m$ | кг |
| сила тяжести | $F_{\text{тяж}}$ | Н |
| архимедова сила | $F_{\text{А}}$ | Н |
| объём | $V$ | м³ |
- Песок меняет массу пробирки, а объём остаётся прежним.
- Граница между «плавает» и «тонет» — равенство сил.
- Массу переводим из граммов в килограммы.