204. Виртуальная лабораторная работа по физике - «Изучение Архимедовой силы»  - http://efizika.ru/html5/204/index.html.

Цель работы: Исследовать зависимость выталкивающей силы, действующей на погружённое в жидкость тело, от плотности жидкости и объёма погруженной части тела.

Приборы и материалы: Динамометр стрелочный, штатив с муфтой и лапкой, тела изменяемого объёма из разных материалов, жидкость в сосуде с изменяемой плотностью.

204. Virtual laboratory assignments in physics – «Study of Archimedes' force» - http://efizika.ru/html5/204/index.html.

Objective: To investigate the dependence of the buoyant force acting on a body immersed in a fluid on the density of the fluid and the volume of the submerged part of the body.

Apparatus and materials: Dial dynamometer, stand with clutch and clamp, bodies of variable volume made of different materials, fluid in a container with variable density.

Методика выполнения виртуальной лабораторной работы
«Изучение Архимедовой силы»

Цель работы: Экспериментально проверить, как выталкивающая сила (сила Архимеда) зависит от плотности жидкости и от объёма части тела, погружённой в жидкость.

Оборудование (виртуальное):

• Стрелочный динамометр для измерения веса тел в воздухе и в жидкости.

• Штатив с лапкой для закрепления динамометра.

• Набор тел различной плотности (стекло, мрамор, алюминий, корунд, чугун, олово, сталь, латунь, серебро, свинец), у которых можно менять объём.

• Сосуд с жидкостью, плотность которой можно регулировать.

Ход работы

Работа состоит из двух частей: исследование зависимости силы Архимеда от объёма погружённой части и от плотности жидкости.

Часть 1. Исследование зависимости силы Архимеда от объёма погружённой части тела

В этой части опыта плотность жидкости остаётся постоянной, а объём тела меняется.

1. Подготовка. Установите в меню симулятора некоторую плотность жидкости, например, ρж = 1000 кг/м³ (плотность воды).

2. Выбор тела. Выберите любое тело из предложенного списка, например, сталь.

3. Измерение веса в воздухе. Убедитесь, что тело полностью находится вне жидкости. Запишите показание динамометра — это вес тела в воздухе (P0). Он нам понадобится для расчёта силы Архимеда.

4. Измерение для первого объёма.

   • Установите минимальный объём тела (например, V = 1 дм³).

   • Погрузите тело в жидкость полностью. Запишите показание динамометра в жидкости (P1).

   • Рассчитайте силу Архимеда: FА1 = P0 - P1.

5. Измерение для второго объёма.

   • Увеличьте объём тела, например, до V = 2 дм³.

   • Снова полностью погрузите его в ту же жидкость и запишите новое показание динамометра (P2).

   • Рассчитайте FА2 = P0 - P2.

6. Повторение. Проделайте аналогичные измерения для 3–4 разных значений объёма (например, 3, 4, 5 дм³), каждый раз рассчитывая силу Архимеда.

7. Вывод. Проанализируйте, как изменяется сила Архимеда при увеличении объёма тела. Постройте примерный график зависимости FА(V).

Часть 2. Исследование зависимости силы Архимеда от плотности жидкости

В этой части опыта объём тела остаётся постоянным, а плотность жидкости меняется.

1. Подготовка. Выберите тело и зафиксируйте его объём. Например, возьмите алюминий объёмом V = 3 дм³.

2. Измерение для первой жидкости.

   • Установите минимальную плотность жидкости, например, ρж1 = 800 кг/м³ (условный спирт).

   • Полностью погрузите тело в жидкость. Запишите показание динамометра (P1) и, зная вес тела в воздухе P0 (измеренный ранее), рассчитайте FА1 = P0 - P1.

3. Измерение для второй жидкости.

   • Увеличьте плотность жидкости, например, до ρж2 = 1000 кг/м³ (вода).

   • Не меняя тела и его объёма, снова погрузите его. Запишите показание динамометра (P2) и рассчитайте FА2 = P0 - P2.

4. Измерение для третьей жидкости. Повторите опыт для большей плотности, например, ρж3 = 13600 кг/м³ (ртуть). Будьте внимательны: тело может всплыть, если его плотность окажется меньше плотности жидкости. В этом случае нужно измерить выталкивающую силу для той части объёма тела, которая погружена (согласно закону Архимеда), но в данной виртуальной работе, скорее всего, можно принудительно удерживать тело полностью погружённым.

5. Вывод. Проанализируйте, как изменяется сила Архимеда при увеличении плотности жидкости. Постройте примерный график зависимости FА(ρж).

Дополнительное задание (по желанию)
Проверьте, зависит ли сила Архимеда от материала (и, следовательно, от плотности) самого тела. Для этого возьмите два тела разной плотности (например, алюминий и свинец) одинакового объёма и полностью погрузите их в одну и ту же жидкость. Сравните рассчитанные для них силы Архимеда. Сделайте вывод.

Оформление результатов
Все измерения и вычисления удобно заносить в таблицы:

Таблица 1. Зависимость от объёма (ρж = const = ____ кг/м³, тело - ____)

Таблица 2. Зависимость от плотности жидкости (V = const = ____ дм³, тело - ____)

Контрольные вопросы для отчёта

1. Как зависит сила Архимеда от объёма погружённой части тела?

2. Как зависит сила Архимеда от плотности жидкости?

3. Зависит ли сила Архимеда от плотности материала, из которого сделано тело? Подтвердите ответ примером из вашего дополнительного эксперимента.

4. Сформулируйте закон Архимеда.