7 класс Онлайн

Конспект по физике 7 класс параграф 47 + Ответы на вопросы. Краткое содержание § 47. АРХИМЕДОВА СИЛА по учебнику Пёрышкина (базовый уровень). Конспект по пунктам параграфа. Код материалов: Физика Конспект №47.
Вернуться к Списку конспектов

Конспект §47. АРХИМЕДОВА СИЛА

§ 47 кратко (малый конспект)

Закон Архимеда устанавливает, что на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая (архимедова) сила. Эта сила равна весу жидкости (или газа), вытесненной погружённой частью тела, направлена вертикально вверх и уменьшает вес тела в среде. Архимедова сила рассчитывается по формуле Fₐ = ρж Vп.ч g, где ρж — плотность жидкости, Vп.ч — объём погружённой части тела, g — ускорение свободного падения. Величина силы зависит от объёма погружённой части тела и плотности жидкости (чем плотность больше, тем сила больше). Закон был открыт Архимедом, что легендарно иллюстрируется решением задачи о проверке состава золотой короны путём сравнения объёмов вытесненной воды.

 

Большой конспект параграфа 47

В параграфе описывается экспериментальная проверка и формулировка закона Архимеда.
Ключевые выводы и факты:

1. Выталкивающая (архимедова) сила равна весу жидкости (или газа), вытесненной погружённой частью тела.
2. Архимедова сила (Fₐ) рассчитывается по формуле: Fₐ = ρж * Vп.ч * g, где:

• • ρж — плотность жидкости,
  • Vп.ч — объём погружённой части тела,
  • g — ускорение свободного падения.

3. Сила направлена вверх и уменьшает вес тела в жидкости (или газе). Потеря веса равна весу вытесненной жидкости.
4. Закон был открыт древнегреческим учёным Архимедом.
5. Величина архимедовой силы зависит от:

• • Объёма погружённой части тела.
  • Плотности жидкости (чем плотность больше, тем сила больше).

6. В воздухе тело также теряет в весе, но эта потеря обычно незначительна и зависит от объёма тела.

Пример: Для тела объёмом 15 дм³, полностью погружённого в ртуть, архимедова сила составляет 2 кН.

---

 

Это любопытно… Легенда об Архимеде

Основная тема: Легенда о том, как Архимед решил задачу царя Гиерона, проверив, есть ли в золотой короне примесь серебра, не разрушая её.

Ключевые моменты:

• Задача: Царь Гиерон поручил Архимеду проверить, содержит ли золотая корона примесь серебра, не повреждая её.
• Озарение: Принимая ванну, Архимед заметил, что его тело вытесняет воду, и понял, как решить задачу. Его знаменитое восклицание — «Эврика!».
• Метод (гидростатическое взвешивание):
  1. Архимед заказал два слитка равного веса с короной — из чистого золота и из чистого серебра.
  2. Он погружал в воду корону и каждый слиток по отдельности, измеряя объём вытесненной воды.
  3. Серебро менее плотно, чем золото, поэтому слиток серебра того же веса имел больший объём и вытеснял больше воды.
  4. Корона вытеснила больше воды, чем золотой слиток того же веса. Это доказало, что её объём больше, а значит, плотность меньше, чем у чистого золота, и в ней есть примесь.

Суть открытия: Архимед установил, что объём вытесненной телом жидкости равен объёму погружённой части тела, и использовал это для сравнения плотностей через сравнение объёмов тел одинаковой массы.

Пользуясь способом Архимеда, определите плотность любого домашнего объекта, материал которого не является очевидным на первый взгляд. По таблице 3 определите, что это за материал. Сделайте фотоотчёт о своей работе.
Указание к решению. Способ Архимеда, описанный в легенде, заключается в определении объёма тела через объём вытесненной им воды. Для определения плотности домашнего предмета (например, небольшой статуэтки) необходимо: 1) Измерить его вес в воздухе с помощью весов (получить массу m). 2) Определить его объём V, погрузив в мензурку с водой и измерив объём вытесненной жидкости. 3) Рассчитать плотность по формуле ρ = m / V. 4) Сравнить полученное значение с таблицей плотностей веществ (например, для фарфора ~ 2300 кг/м³, для алюминия ~ 2700 кг/м³, для стекла ~ 2500 кг/м³) и сделать вывод о материале. Фотоотчёт должен зафиксировать процесс взвешивания и измерения объёма.

Вопросы на стр.161

1. Опишите опыт с ведёрком Архимеда. Что он доказывает?
Опыт с ведёрком Архимеда описан в основном тексте как экспериментальная проверка закона. Он доказывает, что выталкивающая сила, действующая на погружённое в жидкость тело, равна весу жидкости, вытесненной этим телом. При погружении тела в переполненный жидкостью сосуд вытесненная жидкость сливается, и её вес в точности компенсирует «потерю веса» тела в жидкости.

2. Какую силу называют архимедовой?
Архимедовой (или выталкивающей) силой называют силу, которая действует на тело, погружённое в жидкость или газ. Эта сила направлена вертикально вверх и равна по величине весу жидкости (или газа), вытесненной погружённой частью тела.

3. По какой формуле можно рассчитать архимедову силу?
Архимедову силу можно рассчитать по формуле: Fₐ = ρж Vп.ч g, где ρж — плотность жидкости (или газа), Vп.ч — объём погружённой части тела, g — ускорение свободного падения.

4. От каких величин и как зависит архимедова сила?
Архимедова сила зависит от двух величин: 1) от объёма погружённой части тела (чем он больше, тем сила больше); 2) от плотности жидкости (чем плотность больше, тем сила больше). На силу не влияет форма тела, материал, из которого оно сделано, или глубина погружения (если объём и плотность среды постоянны).

• Как изменится выталкивающая сила (см. пример), если аналогичный эксперимент провести в космическом корабле, находящемся на поверхности Луны?
В примере рассматривается тело, полностью погружённое в ртуть. Выталкивающая сила, согласно формуле Fₐ = ρж Vп.ч g, зависит от ускорения свободного падения (g). На поверхности Луны ускорение свободного падения примерно в 6 раз меньше, чем на Земле. Следовательно, архимедова сила для того же тела в той же жидкости (ртути) на Луне уменьшится примерно в 6 раз, так как вес вытесненной жидкости станет меньше.

УПРАЖНЕНИЕ 29

❓ 1. К одной чаше весов подвешен цилиндр из алюминия, а к другой — оловянный такой же массы. Весы находятся в равновесии. Оба цилиндра одновременно погрузили в воду. Равновесие весов нарушилось. Объясните почему. Какая чаша весов перевесит?
Решение:
1. Исходное равновесие: Массы цилиндров одинаковы, значит, их вес в воздухе одинаков: `P = mg`. Весы уравновешены.
2. При погружении в воду: На каждое тело действует выталкивающая сила (сила Архимеда) `F_A = ρ_ж * g * V_т`, где `V_т` — объём тела.
3. Ключевой момент: Массы цилиндров равны (`m_ал = m_ол`), но плотности разные (плотность алюминия ~2700 кг/м³, олова ~7300 кг/м³). Так как `V = m/ρ`, то цилиндр из менее плотного материала (алюминий) будет иметь больший объём.
4. Сравниваем силы Архимеда: Поскольку `V_ал > V_ол`, то и выталкивающая сила, действующая на алюминиевый цилиндр, будет больше (`F_A(ал) > F_A(ол)`).
5. Вес в воде: Вес тела в воде равен `P_в воде = P ─ F_A`. Так как у алюминиевого цилиндра `F_A` больше, его вес в воде уменьшится сильнее.
6. Вывод: Чаша с оловянным цилиндром перевесит, потому что на него действует меньшая выталкивающая сила, и его вес в воде будет больше.
✅ Ответ: Равновесие нарушится, потому что на тела одинаковой массы, но разного объёма действуют разные выталкивающие силы. Перевесит чаша с оловянным цилиндром.

❓ 2. К коромыслу весов подвешены два железных шарика одинакового объёма. Нарушится ли равновесие весов, если один шарик погрузить в воду, другой — в керосин? ✅ Ответ обоснуйте.
Решение:
1. Исходное равновесие: Шарики одинаковые (железные, одинакового объёма), их вес в воздухе одинаков. Весы уравновешены.
2. При погружении в жидкости: На каждый шарик действует сила Архимеда `F_A = ρ_ж * g * V_ш`. Объём шариков `V_ш` одинаков, `g` — постоянно.
3. Сравниваем жидкости: Плотность воды `ρ_в ≈ 1000 кг/м³`, плотность керосина `ρ_к ≈ 800 кг/м³`. Значит, `ρ_в > ρ_к`.
4. Сравниваем силы Архимеда: Так как `ρ_в > ρ_к`, а объёмы шариков равны, то `F_A(в воде) > F_A(в керосине)`.
5. Вес в жидкости: Вес шарика в жидкости `P_ж = P ─ F_A`. Шарик в воде потеряет в весе больше, чем шарик в керосине.
6. Вывод: Равновесие нарушится. Перевесит та чаша, где шарик погружён в керосин, потому что выталкивающая сила там меньше.
✅ Ответ: Да, равновесие нарушится. Шарик в керосине будет тяжелее (в смысле показаний весов), чем шарик в воде, потому что плотность керосина меньше, чем плотность воды, и выталкивающая сила в нём меньше.

❓ 3. Какую силу нужно приложить, чтобы кусок гранита объёмом 40 дм³ удержать в воде; в воздухе?
Дано:
`V = 40 дм³ = 0.04 м³` (важно перевести в кубометры!)
`ρ_гран = 2600 кг/м³` (плотность гранита)
`ρ_воды = 1000 кг/м³`
`g ≈ 10 Н/кг`
Решение:
1. Сила, чтобы удержать в воде:
* На гранит в воде действуют: сила тяжести `F_тяж` вниз и сила Архимеда `F_A` вверх.
* Чтобы удержать его (чтобы оно не тонуло и не всплывало), нужно приложить силу, равную разнице между силой тяжести и выталкивающей силой.
* `F_тяж = m*g = ρ_гран * V * g = 2600 * 0.04 * 10 = 1040 Н`
* `F_A = ρ_воды * V * g = 1000 * 0.04 * 10 = 400 Н`
* Сила для удержания в воде: `F_воде = F_тяж ─ F_A = 1040 ─ 400 = 640 Н`. Эта сила направлена вверх (помогает силе Архимеда).
2. Сила, чтобы удержать в воздухе:
* В воздухе выталкивающей силой можно пренебречь, так как плотность воздуха очень мала (~1.2 кг/м³).
* Чтобы просто удержать тело в воздухе (не дать ему упасть), нужно компенсировать его вес.
* Значит, нужна сила, равная силе тяжести: `F_воздухе = F_тяж = 1040 Н`. Эта сила направлена вверх.
✅ Ответ: Чтобы удержать кусок гранита в воде, нужна сила 640 Н. Чтобы удержать его в воздухе, нужна сила 1040 Н.

❓ 4. В какой воде, пресной или морской, на человека действует большая выталкивающая сила?
Решение:
1. Сила Архимеда зависит от плотности жидкости (`ρ_ж`), объёма погружённой части тела (`V_погр`) и ускорения свободного падения (`g`): `F_A = ρ_ж * g * V_погр`.
2. Человек при плавании погружается почти полностью. Объём погружённой части тела `V_погр` можно считать одинаковым в обоих случаях.
3. Плотность морской воды (`ρ_мор ≈ 1030 кг/м³`) больше, чем плотность пресной воды (`ρ_пр ≈ 1000 кг/м³`).
4. Так как `ρ_мор > ρ_пр`, а `V_погр` и `g` одинаковы, то `F_A(морская) > F_A(пресная)`.
✅ Ответ: В морской воде выталкивающая сила больше. Поэтому в море плавать легче — тело лучше держится на поверхности.
❓ 5. * Одинаковая ли сила потребуется для того, чтобы удержать пустое ведро в воздухе и это же ведро, но наполненное водой, в воде? Ответ поясните.
Решение:
Рассмотрим два случая.
1. Пустое ведро в воздухе:
* Нужно приложить силу, равную весу пустого ведра `P_ведра`. Это небольшая сила.
2. Ведро, наполненное водой, в воде:
* Ведро с водой полностью погружено. Его содержимое — вода — имеет ту же плотность, что и окружающая жидкость.
* Сила тяжести, действующая на систему (ведро + вода в нём), довольно велика: `F_тяж = P_ведра + P_воды`.
* Но! Выталкивающая сила `F_A` действует на весь объём погружённого ведра. Так как ведро заполнено водой, средняя плотность системы почти равна плотности воды.
* Фактически, вода внутри ведра «невесома» в окружающей воде (как если бы мы пытались удержать под водой воду). Поэтому `F_A ≈ P_воды + F_A_на_стенки_ведра`.
* В итоге, сила, которую нужно приложить, чтобы удержать такое ведро под водой, будет примерно равна весу пустого ведра (точнее, весу материала ведра за вычетом небольшой выталкивающей силы на него).
Вывод: Силы, необходимые в обоих случаях, будут примерно равны (и равны весу пустого ведра). Ключевая идея: вода в воде не имеет веса (архимедова сила её компенсирует), поэтому удерживать нужно только сам сосуд.
✅ Ответ: Да, сила потребуется примерно одинаковая (равная весу пустого ведра).

ЗАДАНИЕ 33. Измерьте выталкивающую силу, действующую на банку с водой, когда она погружена в воду наполовину; целиком. Выясните зависимость выталкивающей силы от глубины погружения тела в жидкость.
План эксперимента и вывод:
1. Оборудование: Динамометр, тело (банка с водой или любой цилиндр), сосуд с водой, линейка.
2. Ход работы:
* Измерь вес тела в воздухе (`P_возд`).
* Погрузи тело в воду наполовину, закрепи на этой глубине. Измерь показание динамометра (`P₁/2`). Выталкивающая сила: `F_A1 = P_возд ─ P₁/2`.
* Погрузи тело в воду полностью (но не касаясь дна!), закрепи на другой глубине. Измерь показание динамометра (`P_полн`). Выталкивающая сила: `F_A2 = P_возд ─ P_полн`.
3. Результаты измерений (примерные):
* `P_возд = 3 Н`
* `P₁/2 = 2 Н` → `F_A1 = 1 Н`
* `P_полн = 1 Н` → `F_A2 = 2 Н`
4. Анализ и вывод:
* При погружении тела наполовину выталкивающая сила меньше, чем при полном погружении.
* Когда тело полностью погружено в жидкость и не касается дна, дальнейшее увеличение глубины не изменяет выталкивающую силу (показания динамометра не меняются).
* Вывод: Выталкивающая сила зависит от объёма погружённой части тела в жидкость. Пока тело погружается, сила растёт. Когда тело полностью погружено, выталкивающая сила не зависит от глубины, так как объём вытесненной жидкости и плотность жидкости остаются постоянными.

 

---

Вы смотрели: конспект по физике к учебнику 7 класса §47. АРХИМЕДОВА СИЛА. Краткое содержание темы учебника. Ответы на вопросы в конце параграфа. Код материалов: Физика Конспект №47.

Вернуться к Списку конспектов (в ОГЛАВЛЕНИЕ)