archimedov-zakon-i

Archimedov zákon I

Pomôcky: voda, akvárium, loptička (alebo kus polystyrénu), súprava na demonštráciu Archimedovho zákona, Vernier silomer, čerstvé vajcia, pohár, soľ
Pr. 1: Napíš výsledky domáceho bádania (ponáranie lopty do vody).
Ponáranie lopty do vody (lopta nie je úplne ponorený): Čím viac je lopta do vody ponorený, tým viac ho musíme tlačiť, aby sa vo vode udržal, prípadne sa ponoril hlbšie. Lopta je úplne ponorený vo vode: sila, ktorú musíme tlačiť loptu do vody, sa nemení.
Pr. 2: Nakresli obrázok čiastočne ponoreného lopty, ktorý tlačí ruka pod vodu. Aké sily na lopta pôsobí?
1
Na loptu pôsobí smerom dole dve sily: gravitačná sila a sila ruky ⇒ na loptu musí pôsobiť ešte sila vody, ktorá ho tlačí proti ruky a proti gravitácii smerom nahor. Sila vody sa označuje ako vztlaková sila.
Na predmety ponorené do kvapaliny pôsobí vztlaková sila
Pr. 3: Lopta na vode pláva, pretože na neho voda pôsobí vztlakovou silou. Pôsobí voda aj na predmety, ktoré neplávajú?
Kameň je pod vodou ďaleko ľahšie ako na vzduchu. Vo vode unesie aj dospelého človeka (Keď sa šikovne položí).
Pr. 4: Chová sa voda pri nadľahčovanie neplavoucích predmetov podobne ako u lopty (jej vztlaková sila sa zväčšuje s ponorením predmetu)? Uveď príklad z vlastnej skúsenosti. Zaliezajú do rybníka. Kamienky na dne nás tlačí čoraz menej, nakoniec tlačiť prestanú a
začneme sa vo vode vznášať ⇒ voda nás nadľahčuje.
Pr. 5: Na obrázku je nakreslená sivá gulička. Je úplne ponorená do vody a je vyrobená tak, že sa vo vode vznáša (ani nestúpa k hladine, ani neklesá ku dnu). Aké sily na ňu pôsobí? Zakreslite ich do obrázka. Napravo od šedej guličky je naznačená vo vode vo rovnakej hĺbke rovnako veľká myslená guľa z vody (môžeš si predstaviť, že je od ostatné vody oddelená tenkou blankou, ktorá prakticky nič neváži). Ako sa „vodná“ gulička pohybuje? Aké sily pôsobia na nej pôsobí?

2

Na šedú guličku pôsobia dve sily – gravitačná sila Fg smerom nadol a vztlaková sila vodysmerom nahor. Ak sa guľôčka vznáša a nepohybuje sa, musia byť obe sily rovnako veľké (aby sa navzájom odpočítali).
3
Vodné gulička sa nepohybuje (voda nemôže ani padať ani stúpať vo vode). pôsobí tiež gravitačná sila a vztlaková sila od okolia vody a obe tieto sily musia mať rovnakú veľkosť.
4
Pr. 6: Porovnaj veľkosti vztlakových síl v predchádzajúcom príklade. Ktoré sily a prečo majú rovnakú veľkosť ako vztlaková sila na šedú guličku?
Obe vztlakovej sily (na šedú aj na vodnej guľôčku). Sú rovnaké (keby sme ich zabalili do tenkého igelitu, voda to nemôže spoznať).
Veľkosť vztlakovej sily na šedú guličku je rovnaká ako veľkosť:
• gravitačné sily na šedú guličku (pretože sivá gulička sa nepohybuje),
• vztlakovej sily na vodné guličku (obe rovnaké a úplne ponorené),
• gravitačné sily na vodné guličku (je rovnako veľká ako vztlaková sila na vodnej guľôčku).
Zhrnieme si pozorovanie z predchádzajúcich dvoch príkladov. Voda nepozná, z akého materiálu je predmet, ktorý sme do nej ponorili. Keby bol z vody, musela by ho nadľahčovať rovnakú silou, akú gravitácia vodné predmet priťahuje k nadol ⇒ voda nadľahčuje predmety rovnakú silou, akú gravitácie by gravitácia priťahovala ich ponorenú časť vyrobenú z vody.
Vodnému telesu, ktoré by bola na mieste ponorenej časti predmetu sa občas hovorí Archimedovom teleso podľa starogréckeho vedca Archimeda, a ktorý tento zákon objavil.
Kvapalina nadľahčuje teleso silou, ktorá sa rovná sile, ktorú by gravitácia priťahovala Archimedovom teleso z rovnakej kvapaliny.
Dodatok: Bežne sa Archimedov zákon udáva v nasledujúcom znení: Teleso ponorené do kvapaliny je nadľahčované silou, ktorá sa rovná váhe kvapaliny telesom vytlačenej. Ťarchou je v tomto znení označovaná sila veľmi blízka a len málo sa líšiaci od gravitačné sily (my zatiaľ rozdiel medzi týmito dvoma silami zanedbávame), kvapalina telesom vytlačená predstavuje Archimedovom teleso.
Pr. 7: Na obrázkoch je nakreslené postupné ponáranie lopty do vody. Vyfarbi u každého okamihu Archimedovom teleso a vysvetli, prečo je vztlaková sila, ktorú voda vytláča loptu, pri väčšom ponorení väčší.

5
Väčšia ponorenie do vody ⇒ väčšej Archimedovom teleso ⇒ väčšia myslená gravitačná sila na Archimedovom teleso ⇒větší vztlaková sila vody na loptu.
Pr. 8: On obrázkoch sú nakreslené rôzne predmety. Číslo u každého z nich udáva jeho objem. Akú vztlakovou silou bude každý z nich nadľahčovať voda, keď je úplne ponoríme? Akou silou ich budeme musieť do zatlačovať, aby zostali úplne ponorené?
6
Objem 2 litre ⇒ Archimedovom teleso by obsahovalo 2 litre vody ⇒ Archimedovom teleso by malo hmotnosť 2 kg ⇒ gravitácie by Archimedovom teleso priťahovala silou 2 * 10 = 20 N ⇒ voda by Archimedovom teleso nadlehčovala silou 20 N ⇒ voda bude nadľahčovať predmet silou 20 N.
Silu, ktorú by sme ho museli držať pod vodou spočítať nemôžeme, pretože poznáme iba silu, ktorá teleso tlačí hore, ale nevieme, ako veľká je gravitácia, ktorá ho ťahá nadol.
7
Objem 0,5 litra ⇒ Archimedovom teleso by obsahovalo 0,5 litra vody ⇒ Archimedovom teleso by malo hmotnosť 0,5 kg ⇒ gravitácie by Archimedovom teleso priťahovala silou 0,5 * 10 = 5 N ⇒ voda by Archimedovom teleso nadlehčovala silou 5 N ⇒ voda bude nadľahčovať predmet silou 5 N.
Silu, ktorú by sme ho museli držať pod vodou spočítať nemôžeme, pretože poznáme iba silu, ktorá teleso tlačí hore, ale nevieme, ako veľká je gravitácia, ktorá ho ťahá nadol.
8
Objem 3 litre ⇒ Archimedovom teleso by obsahovalo 3 litre vody ⇒ Archimedovom teleso by malo hmotnosť 3 kg ⇒ gravitácia by Archimedovom teleso priťahovala silou 3 * 10 = 30 N ⇒ voda by Archimedovom teleso nadlehčovala silou 30 N ⇒ voda bude nadľahčovať predmet silou 30 N.
Silu, ktorú by sme ho museli držať pod vodou spočítať nemôžeme, pretože poznáme iba silu, ktorá teleso tlačí hore, ale nevieme, ako veľká je gravitácia, ktorá ho ťahá nadol.
Pr. 9: Máme k dispozícii k dispozícii predmet, ktorý vo vode klesá ku dnu, silomer, nádobu, dostatok vody a merací valec. Navrhni pokus, ktorým overíme platnosť Archimedovho zákona.
Zavesíme predmet na silomer ⇒ zmeriame gravitačnú silu. Ponoríme predmet zavesený na silomeru do vody ⇒ zmeriame silu. Rozdiel zmeraných síl sa rovná vztlakovej sile (ponorený predmet nadľahčuje voda a preto nepôsobí na silomer tak veľkou silou).
Zmeriame objem, spočítame hmotnosť Archimedovho telesa a silu, ktorou ho priťahuje Zeme.
Výsledok by sa mal rovnať rozdielu nameraných síl.
Pr. 10: Vo vode sú úplne ponorené dve rovnako veľké guľôčky. Jedna železná, druhá drevená. Pôsobí na obe rovnako veľká vztlaková sila vody? Čo sa stane, keď je pustíme? Prečo?
Guličky sú rovnaké ⇒ ich Archimedovom teleso je rovnaké ⇒ pôsobí na ne rovnako veľká vztlaková sila.
Keď je pustíme:
• železná gulička klesne na dno (je ťažká ⇒ pôsobí na nej veľká gravitačná sila, ktorá premôže vztlakovú silu vody),
• drevená gulička vypláva na hladinu (je ľahká ⇒ pôsobí na nej malá gravitačná sila, ktorú premôže vztlaková sila).
9Pr. 11: Na hladine plávajú dve rovnako veľké guľôčky. Druhá je ponorená menej ako prvý. Ktorá z nich má menšiu hmotnosť?
Obe guličky plávajú ⇒ u oboch je vyrovnaná vztlaková sila s gravitačnou silou.
Druhá gulička je ponorená menej ⇒ má menšiu Archimedovom teleso ⇒ pôsobí na ňu menšie vztlaková sila ⇒ pôsobí na nej menšie gravitačná sila ⇒ je ľahšia.

10
Pr. 12: Čo je potrebné začať robiť, keď sa človek začne kúriť?
Musíme zväčšiť vztlakovú silu, ktorá nás tlačí nahor ⇒ musíme ponoriť väčšiu časť svojho tela do vody, aby sme zväčšili svoje Archimedovom teleso.

Dodatok: Inštinktívne však topiaci postupuje presne opačne: snaží sa z vody dostať čo najväčšiu časť svojho tela ⇒ zmenšuje svoje Archimedovom teleso a tým aj vztlakovú silu vody ⇒ skôr sa unaví ⇒ skôr sa utopí.
Zhrnutie: Voda nadľahčuje ponorené predmety, pretože by musela dokázať udržať vodu, ktorá by bola na ich mieste.

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *