Исследование независимости выталкивающей силы от массы тела

Fₐ = ρж·g·Vпогр, Fₐ = Fвозд − Fжидк

Цель работы

Проверить, зависит ли выталкивающая сила от массы при одинаковом погружённом объёме.

Теоретические сведения

От чего зависит сила Архимеда

На тело в жидкости действует направленная вверх выталкивающая сила. По закону Архимеда она определяется плотностью жидкости и объёмом погружённой части тела:

F_{A} = ρ_{ж} \cdot g \cdot V_{погр}

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

Масса тела в это соотношение не входит. При одинаковых жидкости и погружённом объёме тела разной массы вытесняют одинаковое количество жидкости.

Масса тела и показание динамометра

Более тяжёлое тело сильнее растягивает подвес и в воздухе, и в жидкости. Поэтому сравнивать только показания в жидкости недостаточно: для каждого тела определяют разность двух показаний:

F_{A} = F_{возд} - F_{жидк}

Здесь $F_{возд}$ и $F_{жидк}$ — силы натяжения подвеса до и после погружения. Эта разность выделяет действие жидкости из общего равновесия сил.

Условия сравнения

В серии сохраняют плотность жидкости и погружённый объём, меняя только массу тела. Объём контролируют по изменению показания шкалы сосуда. Тело должно покоиться на натянутом подвесе, не касаясь дна и стенок; свободно плавающее тело само меняет глубину погружения и не подходит для такого сравнения.

Подготавливаем формулы…

Порядок работы

Установите воду, объём 500 см³ и подвешенное тело. Подготовьте массы 1, 1,5 и 2 кг.
Для каждой массы измерьте натяжение в воздухе и при полном погружении. Убедитесь, что нить натянута и тело не касается дна.
Сравните разности показаний. Объясните, почему сравнение только показаний в воде не отвечает на поставленный вопрос.
Сформулируйте вывод по измерениям: укажите результат, сохранённые условия и ограничения модели.

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

Для тела объёмом 500 см³ в воде измерьте показания динамометра в воздухе и при полном погружении при массе 2 кг. Чему равна их разность в ньютонах? Ответ до десятых.

Вопрос для размышления

Почему одинаковая выталкивающая сила не означает одинакового показания динамометра в воде для тел разной массы?

От чего зависит сила Архимеда

F_{A} = ρ_{ж} \cdot g \cdot V_{погр}

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

Масса тела и показание динамометра

F_{A} = F_{возд} - F_{жидк}