Физика · конспекты
★0
Физика › 7 класс › Давление твёрдых тел, жидкостей и газов

Тема 40Архимедова сила

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Архимедова силавесит меньшенижнюювесу вытесненной водыРасчётный:Опытный:плотности жидкостиобъёма погружённой части

В воде можно поднять камень, который на берегу не сдвинешь. Надутый мяч не удержать под водой — он выскальзывает. Тело в воде весит меньше, чем в воздухе. Почему?

Под водой камень кажется легче. Динамометр показывает меньше, когда груз в водеПод водой камень кажется легче. Динамометр показывает меньше, когда груз в воде
Под водой камень кажется легче. Динамометр показывает меньше, когда груз в воде Иллюстрация: light-fizika.ru

Откуда выталкивающая сила

Жидкость давит на погружённое тело со всех сторон. Давление растёт с глубиной, поэтому на нижнюю грань бруска действует бо́льшая сила, чем на верхнюю. Разность этих сил выталкивает тело вверх.

Сила давления на нижнюю грань больше, чем на верхнюю
Сила давления на нижнюю грань больше, чем на верхнюю Иллюстрация: light-fizika.ru

Для бруска с площадью грани SS и высотой h=h2−h1h=h_2-h_1:

FА=F2−F1=ρжgh2S−ρжgh1S=ρжgSh=ρжgVF_\text{А}=F_2-F_1=\rho_\text{ж} g h_2 S-\rho_\text{ж} g h_1 S=\rho_\text{ж} g S h=\rho_\text{ж} g V

Это вес жидкости в объёме тела.

Выталкивающая сила в жидкости и газе

Груз на пружине опустили в воду — пружина сократилась. Сосуд, уравновешенный на весах, опустили в углекислый газ (он тяжелее воздуха) — равновесие нарушилось: газ тоже выталкивает.

Выталкивающая сила в воде и в углекислом газеВыталкивающая сила в воде и в углекислом газе
Выталкивающая сила в воде и в углекислом газе Иллюстрация: light-fizika.ru
Ведёрко Архимеда

К динамометру подвешены ведёрко и цилиндр того же объёма. Цилиндр погружаем в воду — динамометр показывает меньше, вода выливается в стакан. Выльем эту воду в ведёрко — показание станет прежним! Значит, выталкивающая сила равна весу вытесненной воды.

Опыт с ведёрком Архимеда
Опыт с ведёрком Архимеда Иллюстрация: light-fizika.ru
Закон Архимеда

На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (газа) в объёме погружённой части тела:

FА=ρж g VпогрF_\text{А}=\rho_\text{ж}\,g\,V_{\text{погр}}
Определение

Архимедова сила — выталкивающая сила, действующая на тело в жидкости или газе. Направлена вертикально вверх.

Два способа найти архимедову силу

  1. Расчётный: FА=ρжgVпогрF_\text{А}=\rho_\text{ж} g V_{\text{погр}}.
  2. Опытный: взвесить тело в воздухе и в жидкости: FА=Pв воздухе−Pв жидкостиF_\text{А}=P_{\text{в}\,\text{воздухе}}-P_{\text{в}\,\text{жидкости}}.
Запомни

Архимедова сила зависит от плотности жидкости и объёма погружённой части. От плотности самого тела и глубины погружения она не зависит.

Образ для запоминания

Тело в воде — «вытеснило — получи обратно»: жидкость возвращает телу вес той воды, которую оно вытеснило. Больше погрузил — больше получил.

⚗ Мини-опыт

Опускайте тело в жидкость и следите за динамометром. Как показания зависят от того, какая часть тела погружена? от объёма тела? от жидкости?

▶ Симуляция PhET

На экране «Лаборатория» опускайте блоки в разные жидкости. Сравните архимедову силу и силу тяжести. От чего зависит выталкивающая сила?

ПлавучестьОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1От чего зависит архимедова сила?
FА=ρжgVпогрF_\text{А}=\rho_\text{ж} g V_{\text{погр}}.
2Тело весит 10 Н в воздухе и 6 Н в воде. Архимедова сила…
10−6=410-6=4 Н.
3Куда направлена архимедова сила?
Снизу давление больше.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Сформулируйте закон Архимеда.

    Ответ

    На тело в жидкости или газе действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (газа) в объёме погружённой части тела.

    Как получилось?

  2. Найдите архимедову силу, действующую на тело объёмом 0,002 м³ в воде.

    Ответ

    FА=1000⋅10⋅0,002=20F_\text{А}=1000\cdot10\cdot0{,}002=20 Н.

    Как получилось?

  3. Почему в солёной воде плавать легче, чем в пресной?

    Ответ

    Плотность солёной воды больше — выталкивающая сила больше.

    Как получилось?

  4. Действует ли архимедова сила в воздухе?

    Ответ

    Да, на все тела в газах.

    Как получилось?

  5. Тело весит в воздухе 5 Н, в воде 3 Н. Найдите архимедову силу.

    Ответ

    2 Н.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Медный и алюминиевый бруски одинакового объёма полностью погрузили в воду. На какой действует большая архимедова сила?

    Ответ

    Одинаковая: объёмы и жидкость одинаковы.

    Как получилось?

  2. Камень объёмом 0,5 дм³ погрузили в керосин (ρ=800\rho=800 кг/м³). Найдите архимедову силу.

    Ответ

    V=5⋅10−4 м3V=5\cdot10^{-4}\ \text{м}^3; FА=800⋅10⋅5⋅10−4=4F_\text{А}=800\cdot10\cdot5\cdot10^{-4}=4 Н.

    Как получилось?

  3. Тело весит в воздухе 2,7 Н, а в воде 1,7 Н. Найдите его объём и плотность.

    Ответ

    FА=1F_\text{А}=1 Н; V=FАρвg=10−4 м3V=\dfrac{F_\text{А}}{\rho_\text{в} g}=10^{-4}\ \text{м}^3; m=0,27m=0{,}27 кг; ρ=0,2710−4=2700\rho=\dfrac{0{,}27}{10^{-4}}=2700 кг/м³ — алюминий.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Архимедова сила
Выталкивающая сила, действующая на тело в жидкости или газе. Направлена вертикально вверх.
Закон Архимеда
FА=ρжgVпогрF_\text{А}=\rho_\text{ж} g V_{\text{погр}} — вес жидкости в объёме погружённой части.
Архимедова сила опытным путём
FА=Pв воздухе−Pв жидкостиF_\text{А}=P_{\text{в}\,\text{воздухе}}-P_{\text{в}\,\text{жидкости}}.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.