Измерение силы Архимеда

Fₐ = ρж·g·Vпогр, Fₐ = Fвозд − Fжидк

Цель работы

Измерить силу Архимеда по разности показаний динамометра в воздухе и жидкости. Установить её зависимость от погружённого объёма и плотности жидкости и проверить закон Архимеда по экспериментальным данным.

Теоретические сведения

Выталкивающая сила

Давление жидкости увеличивается с глубиной. Поэтому силы давления на погружённое тело создают направленную вверх равнодействующую — силу Архимеда. Её модуль равен весу вытесненной жидкости:

F_{A} = ρ_{ж} \cdot g \cdot V_{погр}

$F_{A}$ — сила Архимеда (Н);
$ρ_{ж}$ — плотность жидкости (кг/м³);
$g$ — ускорение свободного падения (м/с²);
$V_{погр}$ — объём погружённой части тела (м³).

Измерение динамометром

В воздухе неподвижное тело растягивает подвес с силой, практически равной $m g$ : выталкиванием воздуха пренебрегают. В жидкости часть силы тяжести уравновешивается силой Архимеда, и показание динамометра уменьшается:

F_{A} = F_{возд} - F_{жидк}

Здесь $F_{возд}$ и $F_{жидк}$ — показания динамометра в воздухе и в жидкости. Масса тела при погружении не меняется; меняется сила, с которой оно действует на подвес.

Погружённый объём и условия опыта

Изменение показания шкалы сосуда равно объёму погружённой части. При неизменной жидкости сила Архимеда пропорциональна этому объёму; после полного погружения дальнейшее увеличение глубины само по себе не меняет силу в однородной несжимаемой жидкости. В опыте тело покоится, подвес натянут, контакта с дном и стенками нет; в модели $g = 9, 8 м / с^{2}$ .

Подготавливаем формулы…

Порядок работы

Выберите режим «Тело в жидкости», подвесьте тело массой 1 кг и объёмом 500 см³. Выберите воду.
При погружении 0 % снимите показание динамометра. Постепенно погружайте тело на 20, 40, 60, 80 и 100 %, каждый раз снимая показание и объём вытесненной воды.
Для каждой точки найдите выталкивающую силу как разность показаний в воздухе и воде. Сравните её с погружённым объёмом; при желании постройте график в инструментах платформы.
При полном погружении смените воду на масло и соляной раствор, сохраняя массу и объём тела. Сравните силы и сформулируйте вывод о роли плотности жидкости.

Эксперимент

Тело в воздухе

Дерево / железоВода · 1000 кг/м³

Таблица измерений

Записей: 0

Результаты измерений эксперимента
№	m, кг	№ж	h₀, мм	h, мм	P, Н	V₀, см³	V₁, см³	№	Действия

Пока нет измерений

Нажмите «Измерить» в эксперименте.

График

Ось XОсь Y₁Ось Y₂Вид графика

График появится после измерений

Ответ

В режиме «Тело в жидкости» установите массу 1 кг, объём 500 см³ и воду. Измерьте показание динамометра при погружении 0 % и 100 %. Какова выталкивающая сила по разности показаний? Ответ дайте в ньютонах до десятых.

Вопрос для размышления

Почему сила Архимеда для полностью погружённого тела не меняется при перемещении на другую глубину, пока оно не касается дна?

Выталкивающая сила

F_{A} = ρ_{ж} \cdot g \cdot V_{погр}

$F_{A}$ — сила Архимеда (Н);
$ρ_{ж}$ — плотность жидкости (кг/м³);
$g$ — ускорение свободного падения (м/с²);
$V_{погр}$ — объём погружённой части тела (м³).

Измерение динамометром

F_{A} = F_{возд} - F_{жидк}