Лабораторна робота № 10. Перевірка умов плавання тіла

Назад до змісту

Тема: Перевірка умов плавання тіла.

Мета: Дослідним шляхом перевірити, за якої умови:

тіло плаває на поверхні рідини;
тіло плаває всередині рідини;
тіло тоне в рідині.

Обладнання:

пробірка з корком;
нитка завдовжки 20–25 см;
посудина із сухим піском;
вимірювальний циліндр, до половини наповнений водою;
терези;
паперові серветки.

Вказівки до роботи

Підготовка до експерименту

1. Перш ніж виконувати роботу, переконайтеся, що ви знаєте відповіді на такі запитання

Які сили діють на тіло, занурене в рідину?

На тіло в рідині діють: сила тяжіння $F_г = mg$ та архімедова сила $F_А = \rho_р g V_п$ .

За якою формулою визначають: силу тяжіння; архімедову силу; середню густину тіла?

Сила тяжіння: $F_т = mg$ ;
Архімедова сила: $F_А = \rho_р g V_п$ ;
Середня густина тіла: $\rho_п = \dfrac{m}{V_п}$ .

Якими є умови плавання тіл?

Тоне: $\rho_п > \rho_р$ ;
Плаває всередині: $\rho_п = \rho_р$ ;
Спливає: $\rho_п < \rho_р$ .

2. Визначте ціну поділки шкали вимірювального циліндра:

Ціна поділки циліндра: 1 см³.

Експеримент

Дослід 1. Тіло тоне в рідині

$V_0 = 50 \, \text{см³}$ (початковий об’єм води);
Пробірка наповнена піском до країв;
$V = 60 \, \text{см³}$ (об’єм води з пробіркою);
$V_п = V - V_0 = 60 - 50 = 10 \, \text{см³}$ ;
Маса пробірки з піском $m = 15 \, \text{г}$ .

Дослід 2. Тіло плаває всередині рідини

Відсипали частину піску;
$V_п = 10 \, \text{см³}$ (об’єм той самий);
Маса пробірки з піском $m = 10 \, \text{г}$ .

Дослід 3. Тіло спливає на поверхні рідини

Відсипали ще піску;
$V_п = 10 \, \text{см³}$ (об’єм той самий);
Маса пробірки з піском $m = 5 \, \text{г}$ .

Густина води $\rho_р = 1 \, \text{г/см³}$ .

Таблиця результатів

Номер досліду	$V_0$ , см³	$V$ , см³	$V_п = V - V_0$ , см³	$m$ , г	$\rho_п = \dfrac{m}{V_п}$ , г/см³	$\rho_р$ , г/см³	Порівняння $\rho_п$ і $\rho_р$	Яке явище спостерігається
1	50	60	10	15	$\dfrac{15}{10} = 1.5$	1	$1.5 > 1$	Тіло тоне
2	50	60	10	10	$\dfrac{10}{10} = 1$	1	$1 = 1$	Плаває всередині рідини
3	50	60	10	5	$\dfrac{5}{10} = 0.5$	1	$0.5 < 1$	Тіло спливає

Опрацювання результатів

Схематичні креслення:

Дослід 1: $F_г = 15 \, \text{г} \cdot g = 0.15 \, \text{Н}$ , $F_А = 1 \cdot g \cdot 10 = 0.1 \, \text{Н}$ ( $F_г > F_А$ , тіло тоне).
Дослід 2: $F_г = 10 \, \text{г} \cdot g = 0.1 \, \text{Н}$ , $F_А = 0.1 \, \text{Н}$ ( $F_г = F_А$ , плаває всередині).
Дослід 3: $F_г = 5 \, \text{г} \cdot g = 0.05 \, \text{Н}$ , $F_А = 0.1 \, \text{Н}$ ( $F_г < F_А$ , спливає).

Середня густина $\rho_п$ обчислена в таблиці.

Аналіз експерименту та висновок

На основі експерименту:

У досліді 1: $\rho_п = 1.5 \, \text{г/см³} > \rho_р = 1 \, \text{г/см³}$ , тіло тоне.
У досліді 2: $\rho_п = 1 \, \text{г/см³} = \rho_р = 1 \, \text{г/см³}$ , тіло плаває всередині рідини.
У досліді 3: $\rho_п = 0.5 \, \text{г/см³} < \rho_р = 1 \, \text{г/см³}$ , тіло спливає на поверхню.

Висновок: Умови плавання тіл підтверджені:

Тіло тоне, якщо $\rho_п > \rho_р$ .
Тіло плаває всередині рідини, якщо $\rho_п = \rho_р$ .
Тіло спливає, якщо $\rho_п < \rho_р$ .

Творче завдання

Запропонуйте два способи визначення середньої густини яйця. Запишіть план проведення кожного досліду.

Спосіб 1: За допомогою вимірювального циліндра

Виміряти $V_0 = 100 \, \text{см³}$ води.
Опустити яйце, виміряти $V = 150 \, \text{см³}$ .
$V_я = 150 - 100 = 50 \, \text{см³}$ .
Зважити яйце: $m = 60 \, \text{г}$ .
$\rho_я = \dfrac{60}{50} = 1.2 \, \text{г/см³}$ .

Спосіб 2: Плавання в розчинах

Підготувати розчини: вода ( $\rho_р = 1 \, \text{г/см³}$ ), сольовий розчин ( $\rho_р = 1.2 \, \text{г/см³}$ ).
Яйце тоне у воді ( $\rho_я > 1$ ), плаває в розчині ( $\rho_я = 1.2$ ).
$\rho_я = 1.2 \, \text{г/см³}$ .