Pobierz Doświadczenie i prawo Archimedesa i więcej Ćwiczenia w PDF z Fisica tylko na Docsity!
Wprowadzenie teoretyczne
Doświadczenie „A R C H I M E D E S”
Archimedes odkrył, że siła wyporu W działająca na ciało zanurzone w płynie jest równa ciężarowi płynu wypartego przez to ciało:
W = mwyp. płynu · g = r płynu · Vciała · g
gdzie objętość zanurzonego ciała to objętość wypartego płynu. Wyprowadzenie:
Posłużymy się sześcianem o długości krawędzi a zanurzonym w płynie o gęstości r płynu. ( r - grecka litera „ro”)
Rozważmy wszystkie 6 sił parcia na ścianki sześcianu. Suma parć na powierzchnię boczną wynosi zero. Z tego względu różnica parć Pb i Pa stanowi siłę wyporu W.
Pa = r płynu · g·h·a^2
Pb = r płynu · g·(h + a)·a^2
W = Pb - Pa = r płynu ·a^3 ·g = r płynu ·Vciała·g
" r płynu · Vciała·g" wyraża ciężar wypartej cieczy. Wyrażenie to ma znak dodatni, czyli P b > Pa , więc siła wyporu
skierowana jest do góry.
Przekształcenie: Ciężar pozorny Gpoz ciała zanurzonego w płynie jest mniejszy niż ciężar ciała w powietrzu Go , a pozorna utrata ciężaru: Go - G (^) poz = mwyp.płynu ·g m (^) ciała ·g – m (^) poz ·g = mwyp.płynu ·g |:g Pozorna utrata masy jest równa masie wypartego płynu m (^) ciała – mpoz = mwyp.płynu Zgodnie z definicją gęstości: r = m/V
- masę wypartego płynu można zapisać jako:
mwyp.płynu = rpłynu ·Vciała,
- a objętość zanurzonego ciała:
Vciała = m ciała/ r ciała.
Po podstawieniu obu zależności otrzymamy
m ciała – m poz = r płynu ·(mciała / r ciała ) |· rciała
(m ciała - mpoz ) rciała = mciała · rpłynu
Jeśli w miejsce mciała – mpoz wstawimy masę wypartego płynu to, po odwróceniu stronami:
m ciała· rpłynu = rciała ·mwyp.płynu
Zagadnienia do przygotowania :
- prawo Archimedesa i warunek pływania ciał,
- siła wyporu,
- waga hydrostatyczna,
- masa rzeczywista i pozorna ciał.
Go G (^) poz
Szablon metodyczny
„A R C H I M E D E S”
Student 1: Wyznaczanie gęstości ciała stałego. Student 2: Sprawdzanie prawa Archimedesa.
Baza teoretyczna
W = G o - G poz
Na ciało zanurzone w płynie działa siła wyporu W równa ciężarowi wypartego płynu:
W = mpłynu ·g = r płynu ·V·g
Z prawa Archimedesa wynika, że pozorna utrata masy jest równa masie wypartego płynu: m – mpoz = mwyp.płynu Prawo to można przekształcić do postaci:
mciała · r płynu = rciała ·mwyp.płynu
Wynika stąd, że masa wypartego płynu jest proporcjonalna do masy zanurzonego ciała.
m r (^) płynu
c
d
mwyp.płynu
m wyp. płynu =
ρ (^) płynu
ρ ciała m
m (^) wyp.płynu
m
Zatem, aby wyznaczyć gęstość ciała stałego należy:
- wykonać pomiary zależności masy wypartego płynu od masy rzeczywistej ciała stałego,
- sporządzić wykres zależności
m ciała⋅ρ płynu od m wyp. płynu
- odczytać z niego wartość gęstości zanurzonego ciała stałego
Zatem, aby sprawdzić prawo Archimedesa należy:
- wykonać pomiary zależności masy wypartego płynu od masy rzeczywistej ciała stałego,
- sporządzić wykres zależności
m wyp. płynu od m ciała
- zanalizować jego liniowość.
Wskazówki praktyczne: Doświadczenie Archimedesa najwygodniej jest przeprowadzić na wadze elektronicznej. Jeśli zlewkę z płynem ustawimy na szalce wagi elektronicznej i wytarujemy wagę (żeby pokazywała „0”), wtedy po zanurzeniu ciała zawieszonego na statywie waga pokaże tylko masę wypartego płynu (równą pozornej utracie masy ciała).
W doświadczeniu można użyć wody, która w temperaturze pokojowej ma gęstości r = 998 kg/m 3.
ρ =
c
d
poz
Wskazówki do sprawozdania – sprawdzanie
„A R C H I M E D E S”
Student 2: Sprawdzanie prawa Archimedesa.
I. Metodyka (ideowy plan ćwiczenia)
II. Przebieg ćwiczenia II.1. Przebieg czynności II.2. Szkic układu pomiarowego
III. Wyniki III.1. Wyniki pomiarów
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 m [g] m wyp.pł [g] Dm = … Dm (^) wyp.pł = ...
III.2. Obliczenia
Opracowanie nie posiada obliczeń przykładowych.
III.3. Wyniki obliczeń
Opracowanie nie posiada wyników obliczeń.
III.4. Wykres
IV. Podsumowanie
Ponieważ na wykresie … można poprowadzić prostą przechodzącą przez wszystkie prostokąty niepewności pomiarowych, nie ma podstaw do stwierdzenia odstępstwa od …
Ewentualnie : Odstępstwo od liniowości w zakresie ... może wynikać z ….
Dodatkowe wnioski, spostrzeżenia, przyczyny niepewności pomiarowych
