Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#59089Задание №17ФИПИ

Закон Архимеда. Плавание телПрактические работы

Используя динамометр 1, цилиндр № 3, сосуд с водой, соберите экспериментальную установку для исследования зависимости выталкивающей силы от объёма погружённой части тела. Для этого последовательно погрузите цилиндр в воду на 1/4 часть объёма, на 1/2 часть объёма и полностью. Для каждого погружения измерьте выталкивающую силу.

Абсолютную погрешность измерения веса цилиндра с помощью динамометра принять равной ±0,02 Н, абсолютную погрешность измерения выталкивающей силы принять равной ±0,04 Н.

В бланке ответов:

1) сделайте рисунок экспериментальной установки для измерения выталкивающей силы и запишите формулу для расчёта выталкивающей силы;

2) для каждого погружения укажите в таблице результаты измерений веса цилиндра в воздухе и веса цилиндра в воде, а также выталкивающей силы;

3) сформулируйте вывод о зависимости выталкивающей силы от объёма погружённой части тела.

Ваше решениедо 3 баллов

Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям

Решение.

Данное задание является экспериментальным. При его выполнении на экзамене используются реальные приборы. Ниже представлен алгоритм оформления результатов и примерные значения, которые могут быть получены при использовании стандартного оборудования (цилиндр № 3 обычно имеет объём $V = 64 \text{ см}^3$ или $80 \text{ см}^3$ ).

1) Рисунок установки и формула

На рисунке следует изобразить штатив, к лапке которого прикреплён динамометр. К крючку динамометра подвешен цилиндр, который частично или полностью погружён в стакан с водой. Динамометр показывает вес тела в жидкости $P_{\text{ж}}$ .
Выталкивающая сила (сила Архимеда) определяется как разность веса тела в воздухе $P_0$ и веса тела в жидкости $P_{\text{ж}}$ :
$F_{\text{арх}} = P_0 - P_{\text{ж}}$

2) Результаты измерений

Для заполнения таблицы сначала измерим вес цилиндра в воздухе $P_0$ . Допустим, для цилиндра № 3 он составляет $0,80 \pm 0,02 \text{ Н}$ . Затем будем измерять вес при разной степени погружения. Учтём погрешности, указанные в условии ( $\pm 0,02 \text{ Н}$ для веса и $\pm 0,04 \text{ Н}$ для силы Архимеда).

Объём погружённой части, $V_{\text{погр}}$	Вес в воздухе $P_0$ , Н	Вес в воде $P_{\text{ж}}$ , Н	Выталкивающая сила $F_{\text{арх}}$ , Н
$1/4 \text{ объема}$	$0,80 \pm 0,02$	$0,64 \pm 0,02$	$0,16 \pm 0,04$
$1/2 \text{ объема}$	$0,80 \pm 0,02$	$0,48 \pm 0,02$	$0,32 \pm 0,04$
$\text{полный объем}$	$0,80 \pm 0,02$	$0,16 \pm 0,02$	$0,64 \pm 0,04$

Примечание: значения в таблице являются примерными и зависят от конкретного набора оборудования. Главное — соблюсти кратность силы Архимеда степени погружения.

3) Вывод

На основании полученных данных (при увеличении объёма погружённой части в 2 и 4 раза сила Архимеда увеличилась соответственно в 2 и 4 раза) можно сделать вывод: выталкивающая сила, действующая на тело, погружённое в жидкость, прямо пропорциональна объёму погружённой части тела.

Ответ: 1) $F_{\text{арх}} = P_0 - P_{\text{ж}}$ ; 2) результаты измерений занесены в таблицу; 3) выталкивающая сила прямо пропорциональна объёму погружённой части тела.

Источник: ФИПИ