Опыты с силой Архимеда

Физика · 7 класс. Изучите схему, разберите примеры и проверьте себя.

Опыт с динамометром

Тело подвешивают к вертикальному динамометру и сравнивают установившиеся показания в воздухе и жидкости. В простой модели выталкиванием воздуха пренебрегают, тело не касается стенок и дна, не меняет массу и объём, а дополнительных сил нет. Тогда показание в воздухе приближённо равно mg, в жидкости натяжение T меньше за счёт силы Архимеда.

Баланс сил

В покое на образец действуют вниз mg, вверх сила Архимеда и натяжение подвеса. Поэтому T + FА = mg и FА ≈ Pвозд − Tжидк. При показаниях 3 Н в воздухе и 2 Н в жидкости выталкивающая сила равна 1 Н. Показание 2 Н — не сама сила Архимеда и не новая масса тела.

Объём по показаниям

Пусть разность показаний 2 Н, образец полностью погружён в воду плотностью 1000 кг/м³, g = 10 Н/кг. Объём равен 2/(1000 × 10) = 0,0002 м³ = 200 см³. Если погружение частичное, так найдётся объём погружённой части, а не обязательно всего образца.

Плотность жидкости по образцу

Для образца известного объёма разность показаний позволяет найти плотность жидкости: ρ = (Pвозд − Tжидк)/(gV). Если разность 1,6 Н, объём 200 см³ и g = 10 Н/кг, плотность равна 800 кг/м³. Нужно использовать объём, действительно вытесняющий эту жидкость.

Что контролировать

Выбирают жидкость, в которой образец не растворяется и заметно не пропитывается. Проверяют полное погружение, отсутствие пузырьков, касания опор и натяжения в неожиданном направлении. Если тело само всплывает, обычный подвес сверху может не обеспечить нужный опыт без дополнительного устройства. В наших численных задачах натяжение остаётся положительным, а статические условия заданы.

Сравнение способов

Объём можно также определить вытеснением подходящей жидкости. Разность уровней или собранный вытесненный объём сопоставляют с измеренным действием среды. Не путайте изменение показания прибора с потерей массы. При движении возникают ускорение и сопротивление; простое статическое равенство без проверки уже недостаточно.

Проверьте себя