Как найти вес цилиндра в воздухе

Цель работы: исследовать зависимость архимедовой силы
от объёма погружённой в жидкость части тела.

Для выполнения этой работы нам предлагают использовать
комплект оборудования № 1, а именно: пластиковый цилиндр со шкалой вдоль
образующей, стакан или мензурка с водой и динамометр с пределом измерения 1 Н.

Прежде чем приступить к выполнению работы давайте с вами
вспомним, что сила Архимеда — это сила, действующая на тело, погружённое
в жидкость (газ), со стороны жидкости (газа) и направленная вертикально вверх.
Она определяется произведением плотности жидкости, ускорения свободного падения
и объёма погружённой в жидкость части тела:

А единицей измерения архимедовой силы в СИ:

Как видно из формулы, сила Архимеда линейно зависит от объёма
погружённой в жидкость части тела. Именно это мы с вами и должны проверить.
Однако для выполнения данной работы эта формула нам не подходит. А, судя по
предложенному оборудованию, выталкивающую силу мы будем определять по разнице
веса цилиндра в воздухе и в воде.

Начнём выполнять задания по порядку. Итак, первое, что нам
нужно сделать, — это сделать рисунок экспериментальной установки. Поэтому мы
сначала рисуем (схематически) динамометр с подвешенным грузом — так мы измеряем
вес тела в воздухе. А рядом нарисуем динамометр с цилиндром, частично
погружённым в воду. Обратите внимание, что во втором случае мы изобразили
пружину динамометра немного сжатой, тем самым показав, что вес тела в жидкости
уменьшился.

Далее нам с вами необходимо записать формулу, по которой мы
будем определять выталкивающую силу. Как мы уже вспоминали, архимедова сила будет
равна разности веса тела в воздухе и его веса в жидкости:

Так как по условию задания нам необходимо провести несколько
измерений, то целесообразно оформить их в виде таблицы. В её первую колонку мы
занесём глубину погружения цилиндра в воду, которая нам дана в условии. Во
второй колонке мы укажем вес цилиндра в воздухе. В третьей — вес цилиндра при
его погружениях в воду. И, наконец, последнюю колонку отведём для силы
Архимеда.

Давайте определим вес цилиндра в воздухе, для чего подвесим
его к крючку динамометра. Снимем показания с динамометра и занесём значения
веса в таблицу с учётом погрешности измерения.

Теперь аккуратно опустим подвешенный на динамометре цилиндр в
стакан с водой так, чтобы цилиндр погрузился в воду на 2 см. Динамометр
показывает вес примерно в 0,54 Н. Заносим это значение в таблицу.

Погружаем теперь цилиндр в воду на 4 см. Динамометр фиксирует
уменьшение веса цилиндра до 0,42 Н.

При погружении цилиндра до отметки 6 см его вес уменьшается
до 0,30 Н.

И, наконец, на отметке 8 см вес цилиндра оказывается равным
0,18 Н. Не пугайтесь, если ваши показания будут слегка искажены. Это
обусловлено материалом, из которого изготовлен наш цилиндр.

Теперь, чтобы определить выталкивающую силу, мы должны
вычесть из веса цилиндра в воздухе его вес в воде для каждого из четырёх
случаев:

Из таблицы уже видно, что выталкивающая сила линейно зависит
от объёма погруженной части тела. Однако для полной уверенности (и убеждения
проверяющих) можно построить график зависимости силы Архимеда от глубины
погружения.

Как видим, все четыре точки легли на прямую линию. Значит
вывод можно написать так: архимедова сила линейно увеличивается при увеличении
объёма погружённой части тела в жидкость.

Теперь исследуем
зависимость архимедовой силы от плотности жидкости.

Из оборудования
нам понадобятся: цилиндр, номер которого будет указан в работе, стакан с водой,
динамометр с пределом измерения 5 Н и поваренная соль с палочкой для
перемешивания.

Приступим к выполнению. Итак, первое, что нам нужно сделать,
— это сделать рисунок экспериментальной установки. Поэтому мы сначала покажем,
как мы измерим вес тела в воздухе. Рядом нарисуем динамометр с цилиндром,
полностью погружённым в воду. И, наконец, нарисуем практически такой же
рисунок, но укажем что в качестве жидкости у нас выступает насыщенный раствор
соли.

Далее нам с вами необходимо записать формулу, по которой мы
будем определять выталкивающую силу. Как мы уже вспоминали, архимедова сила
будет равна разности веса тела в воздухе и его веса в жидкости:

Так как по условию задания нам необходимо провести несколько
измерений, то как и в предыдущей работе, оформим их в виде таблицы. В её первую
колонку мы занесём вес цилиндра в воздухе. Во второй укажем вес этого цилиндра
в жидкости. А в третьей — силу Архимеда.

Итак, в начале мы определяем вес данного нам цилиндра в
воздухе. Снимем показания с динамометра и занесём значения веса в таблицу с
учётом погрешности измерения.

Теперь аккуратно опустим подвешенный на динамометре цилиндр в
стакан с водой так, чтобы цилиндр полностью погрузился в воду, но не касался
дна стакана. Показания динамометра — это вес нашего цилиндра в воде. Результат
измерения, как и в прошлом случае, записываем в таблицу с учётом погрешности
измерения:

Теперь, чтобы определить выталкивающую силу, мы должны
вычесть из веса цилиндра в воздухе его вес в воде:

Теперь мы с вами должны в стакан с водой добавить поваренную
соль и тщательно перемешать. Тем самым мы увеличим плотность жидкости.

После того, как соль практически вся растворится, мы должны
определить вес нашего цилиндра в полученном солевом растворе. Результат
измерения записываем в таблицу с учётом погрешности:

Далее определяем выталкивающую силу, действующую на цилиндр:

Глядя на результаты легко увидеть, что чем больше плотность жидкости, тем
большая выталкивающая сила действует на погружённое в эту жидкость тело.

И, наконец, исследуем
зависимость архимедовой силы от массы тела.

Для этой работы нам понадобятся: два цилиндра одинакового
объёма, но разной массы, стакан с водой и динамометр с пределом измерения 5 Н.

Приступаем к выполнению задания. Как всегда, начинаем со
схематического рисунка нашей установки. Он у нас практически полностью
совпадает с рисунком для предыдущей работы. Единственное отличие будет
заключаться в том, что во втором и третьем рисунке мы подпишем цилиндры, а не
жидкости.

Далее мы запишем, что выталкивающая сила равна разности веса
тела в воздухе и его веса в жидкости:

Теперь определим вес первого и второго цилиндра в воздухе с
помощью динамометра. Результаты измерения записываем с учётом погрешности.

Далее поочерёдно опустим цилиндры на динамометре в стакан с
водой так, чтобы они полностью погрузились в воду, но не касались дна стакана.
Результаты измерения веса тел в воде записываем с учётом погрешности измерения:

После этого мы определяем выталкивающую силу для двух
случаев.

Результаты наших опытов показывают, что выталкивающая сила, действующая на
погружённое в жидкость тело, не зависит от массы этого тела.

Данное экспериментальное задание 17 проверяет умение проводить косвенные измерения силы Архимеда.

Текст работы.

Используя динамометр, стакан с простой водой, цилиндр № 2, соберите экспериментальную установку для определения выталкивающей силы (силы Архимеда), действующей на цилиндр. Абсолютную погрешность измерения силы с помощью динамометра принять равной ±0,1 Н.

В бланке ответов № 2;

1) сделайте рисунок или описание экспериментальной установки;

2) запишите формулу для расчёта выталкивающей силы;

3) укажите результаты измерений веса цилиндра в воздухе и веса цилиндра в воде с учётом абсолютной погрешности измерения;

4) запишите численное значение выталкивающей силы.

Выполнение работы.

Для выполнения данного задания используется комплект № 1:

Из него Вам понадобятся: динамометр (предел измерения 5 Н (С = 0,1 Н)), стакан, цилиндр № 2. В стакан необходимо набрать воды.

1. Выполняем рисунок экспериментальной установки.

 2. Записываем формулу для расчета силы Архимеда (она равна разности веса цилиндра в воздухе и его веса в жидкости):

P₁=mg     P₂=mg-F_выт     F_выт=P₁-P₂

3. Измеряем вес цилиндра в воздухе с помощью динамометра. Для этого подвешиваем его к крючку динамометра и снимаем показания с динамометра.

Затем измеряем вес цилиндра в воде. Для этого аккуратно опускаем подвешенный на динамометре цилиндр в стакан с водой так, чтобы цилиндр погрузился в воду полностью, но не касался дна. 

Записываем результаты измерений веса цилиндра в воздухе P₁ и веса цилиндра в воде P₂ с учётом абсолютной погрешности измерения.

P₁=(0,7 ± 0,1) Н

P₂=(0,5 ± 0,1) Н

4. Определяем выталкивающую силу (силу Архимеда) по формуле:

F_выт=0,7 Н-0,5 Н = 0,2 Н

Записываем числовое выталкивающей силы (силы Архимеда):

F_выт=0,2 Н

Пример решения.

 

Видео с канала «Физика-23»: Лабораторная работа «Измерение архимедовой силы»

 Теория: На всякое тело погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила равная весу вытесненной жидкости.

Сила Архимеда возникает из за разности давлений на разных глубинах.

Сила Архимеда находится по формуле: F_А=ρgV_т

Плавание тел: В жидкости (газе) на тело действуют две силы:
F_А=ρ_жgV_т — сила Архимеда
и сила тяжести F_т=mg=ρ_тgV_т
формулы похожи, но отличие в плотностях ρ_ж и ρ_т.

Если тело находится на поверхности жидкости то силы равны F_т=F_А

Задание демонстрационного варианта ОГЭ 2019: К динамометру прикрепили цилиндр, как показано на рисунке 1. Затем
цилиндр полностью погрузили в воду (рисунок 2).

Определите объём цилиндра.
Решение: Вес цилиндра в воздухе 8 Н, в воде вес 3 Н. Следовательно, в воде на цилиндр действует выталкивающая сила (сила Архимеда) 5 Н. выталкивающая сила находится по формуле F_А=ρgV_т, нам известно что плотность воды ρ=1000 кг/(м³), выразим объем цилиндра
V_т=F_А/(ρg)=5/(1000·10)=0,0005 м³ = 500 см³. т.к. (1м³=1000000см³)
Ответ: 500

Задание фипи: На рычажных весах уравновешены два сплошных шара: медный и железный. Нарушится ли равновесие весов и если нарушится, то как, если шары опустить в воду? Ответ поясните.
Решение: Так как шары уравновешены на рычажных весах, следовательно их массы равны, при опускании в воду на шары начнет действовать сила Архимеда F_А=ρ_жgV_т,
m=ρV, так как плотность меди ρ_Сu=8900 кг/м³ больше чем плотность железа ρ_Fe=7800кг/м³, значит объем медного шара меньше объема железного V_Сu < V _Fe, следовательно на железный шар действует большая сила Архимеда.
Равновесие нарушится, медный шар опустится вниз.

Задание фипи: Стальной сплошной шарик на нити сначала погружают в сосуд с дистиллированной водой, а затем — в сосуд с морской водой. Как при этом изменяются выталкивающая сила, действующая на шарик со стороны жидкости, и сила упругости, действующая на шарик со стороны нити?
Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями.
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Решение: Выталкивающая сила, действующая на шарик со стороны жидкости увеличится так как плотность морской воды больше. Сила упругости, действующая на шарик со стороны нити уменьшится так как выталкивающая сила направлена вверх против силы тяжести.
Ответ: 12

Задание фипи: Одинакова ли величина выталкивающей силы, действующей на кусок дерева объёмом 100 см₃ и на кусок железа такого же объёма при их полном погружении в воду? Рассмотреть случай, когда ни железо, ни дерево не опущены на дно.
Решение: выталкивающая сила равна весу вытесненной жидкости, оба тела полностью погружены в жидкость, вытесняют одинаковый объем, значит и силы одинаковы. ( F_А=ρ_жgV_т зависит от плотности жидкости, жидкость одна и та же, объемы равны, тогда и силы равны)

Задание фипи: Льдинку, плавающую в стакане с пресной водой, перенесли в стакан с солёной водой. При этом архимедова сила, действующая на льдинку,
1) уменьшилась, так как плотность пресной воды меньше плотности солёной
2) уменьшилась, так как уменьшилась глубина погружения льдинки в воду
3) увеличилась, так как плотность солёной воды выше, чем плотность пресной воды
4) не изменилась, так как в обоих случаях выталкивающая сила уравновешивает силу тяжести, действующую на льдинку
Решение: посмотрите рисунок в теории, если тело находится на поверхности жидкости то силы равны F_т=F_А
Ответ: 4

Задание огэ по физике фипи: Учитель на уроке последовательно опустил в три разные жидкости сплошной кубик изо льда и сырое яйцо (см. рисунок).

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.
1) Плотность яйца больше плотности льда.
2) В первом стакане может быть налита чистая вода.
3) Плотность жидкости в первом стакане наибольшая.
4) Плотность жидкости во втором и в третьем стаканах больше плотности льда.
5) Во всех трёх жидкостях сила тяжести, действующая на кубик изо льда, уравновешена выталкивающей силой.
Решение: 1) Плотность яйца больше плотности льда — правильно т.к. на втором рисунке видно, что яйцо тонет, а кусочек льда плавает
2) В первом стакане может быть налита чистая вода — неверно т.к. плотность льди меньше плотности воды, в воде лед должен плавать, а на рисунке он утонул.
3) Плотность жидкости в первом стакане наибольшая — неправильно т.к. оба тела утонули, значит у них плотность больше, а на других рисунках они плавают это говорить о том что плотность жидкостей в 2 и 3 стакане больше чем в 1.
4) Плотность жидкости во втором и в третьем стаканах больше плотности льда — правильно т.к. лед плавает.
5) Во всех трёх жидкостях сила тяжести, действующая на кубик изо льда, уравновешена выталкивающей силой — неправильно т.к. на первом рисунке лед утонул, значит сила тяжести больше выталкивающей силы
Ответ: 14

Задание огэ по физике фипи: Деревянный шарик помещают на дно стакана с водой. Шарик начинает всплывать. Что происходит с выталкивающей силой, действующей на шарик, пока он остаётся полностью погружённым в воду?
1)
увеличивается
2)
уменьшается
3)
не изменяется
4)
ответ зависит от плотности жидкости
Решение: Шарик полностью погружен в жидкость, вес вытесненной воды не изменяется, значит и выталкивающая сила не изменяется.
Ответ: 3

Задание огэ по физике 2016 Вес тела измеряют, подвесив его на динамометре. Вес тела в воздухе P₁. Вес тела в воде P₂. Чему равна действующая на тело в воде выталкивающая сила F?
1) F=P₁    2) F=P₂     3) F=P₁+P₂     4)F=P₁-P₂
Решение: выталкивающая сила направленна вверх, вес тела вниз. В воздухе тело весит больше чем в воде, так как в воде на него действует сила Архимеда. Что бы найти выталкивающую силу надо из веса тела в воздухе вычесть вес тела в воде.
Ответ: 4

Предыдущая тема       Следующая тема

Найди верный ответ на вопрос ✅ «Определите а) силу Архимеда, действующую на цилиндр в воде б) вес цилиндра в воздухе, при условии, что он изготовлен из стали (p=7800 …» по предмету 📙 Физика, а если ответа нет или никто не дал верного ответа, то воспользуйся поиском и попробуй найти ответ среди похожих вопросов.

Искать другие ответы