Исследование зависимости архимедовой силы от объёма погруженной части тела

Fₐ = ρж·g·Vпогр, Vпогр = V₂ − V₁

Цель работы

Установить, как выталкивающая сила связана с объёмом погружённой части тела.

Теоретические сведения

Объём вытесненной жидкости

При погружении тело занимает часть объёма сосуда и поднимает уровень жидкости. Разность показаний объёмной шкалы равна объёму погружённой части:

V_{погр} = V_{2} - V_{1}

$V_{1}$ — показание шкалы до погружения (м³);
$V_{2}$ — показание при выбранном погружении (м³);
$V_{погр}$ — объём погружённой части тела (м³).

Зависимость выталкивающей силы от объёма

Сила Архимеда равна весу вытесненной жидкости. Для одной и той же однородной жидкости:

F_{A} = ρ_{ж} \cdot g \cdot V_{погр}

Здесь $ρ_{ж}$ — плотность жидкости, $g$ — ускорение свободного падения. При неизменной плотности отношение $F_{A} / V_{погр}$ постоянно, а график зависимости силы от погружённого объёма представляет собой прямую через начало координат.

Частичное и полное погружение

Пока тело погружено не полностью, опускание увеличивает вытесненный объём и силу Архимеда. После полного погружения объём вытесненной жидкости больше не меняется. Силу находят по уменьшению показания динамометра относительно воздуха; во всех положениях тело покоится на натянутом подвесе и не касается сосуда.

Подготавливаем формулы…

Порядок работы

Установите воду, массу 1 кг и объём тела 500 см³. Измерьте натяжение в воздухе и начальный объём жидкости.
Погружайте тело на 0, 25, 50, 75 и 100 процентов. В каждой точке записывайте натяжение и объёмное показание.
Найдите погружённый объём и выталкивающую силу для каждой точки. Постройте их зависимость; повторите две точки при подъёме тела.
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 сравните показания динамометра при погружении 0 % и 50 %. Какова выталкивающая сила при 50 %? Ответ в ньютонах до сотых.

Вопрос для размышления

Почему сила растёт во время погружения, но перестаёт расти после полного погружения тела?