Новая виртуальная лабораторная работа по физике «Определение выталкивающей силы (силы Архимеда, действующей на цилиндр)» —

Цель работы: научиться пользоваться динамометром и определять выталкивающую силу, действующую на тело, погружённое в жидкость; экспериментально проверить зависимость силы Архимеда от объёма погружённой части тела.

Оборудование: динамометр стрелочный с кольцом для подвешивания, штатив с муфтой и лапкой, стеклянный стакан с водой, два цилиндра одинакового объёма из разных материалов (стальной и алюминиевый), лупа с пятикратным увеличением для точного считывания показаний прибора.

New virtual laboratory assignments in physics «Determination of the buoyant force (Archimedes' force acting on a cylinder)».

Purpose of the work: to learn to use a dynamometer and to determine the buoyant force acting on a body immersed in a liquid; to experimentally verify the dependence of Archimedes' force on the volume of the submerged part of the body.

Equipment: dial dynamometer with a suspension ring, tripod with a clutch and a foot, glass tumbler with water, two cylinders of equal volume made of different materials (steel and aluminium), magnifying glass with 5× magnification for accurate reading of the instrument.

Краткое описание интерактивной модели

Виртуальная установка включает штатив с закреплённым динамометром, стеклянный стакан с водой и два цилиндра равного объёма (25 см³), но разной массы: стальной (195 г) и алюминиевый (70 г). Цилиндры можно перетаскивать мышью (или пальцем на сенсорном экране) и подвешивать к кольцу динамометра. При погружении цилиндра в воду уровень воды в стакане поднимается, а показания динамометра уменьшаются на величину выталкивающей силы.

Для точного считывания показаний предусмотрена круглая лупа (микроскоп) с пятикратным увеличением, расположенная справа от штатива. В лупе отображается увеличенный участок шкалы динамометра (от 0 до 2 Н), пружина и двусторонняя красная стрелка, синхронизированная с основной стрелкой прибора.

Методика выполнения работы

1. Подготовка. Ознакомьтесь с интерфейсом виртуальной лаборатории. Убедитесь, что динамометр закреплён в лапке штатива, а стакан заполнен водой.

2. Измерение веса тела в воздухе. Перетащите один из цилиндров (например, стальной) к кольцу динамометра. Дождитесь, пока цилиндр повиснет на нити. Снимите показание динамометра с помощью лупы — это вес тела в воздухе (P₀).

3. Погружение тела в воду. Переместите динамометр с подвешенным цилиндром вниз, чтобы цилиндр полностью погрузился в воду. Зафиксируйте новое показание динамометра — это вес тела в жидкости (P).

4. Расчёт выталкивающей силы. Вычислите силу Архимеда по формуле: F_A = P₀ − P.

5. Повторение с другим телом. Замените цилиндр на второй (алюминиевый), повторите измерения и расчёты. Сравните полученные значения силы Архимеда для тел одинакового объёма, но разной массы.

6. Вывод. Проанализируйте, зависит ли выталкивающая сила от материала тела (и, следовательно, от его плотности). Сделайте вывод о связи силы Архимеда с объёмом погружённой части тела и плотностью жидкости.

Контрольные вопросы

• От каких величин зависит выталкивающая сила, действующая на погружённое в жидкость тело?

• Изменится ли сила Архимеда, если цилиндр из стали заменить на цилиндр из алюминия того же объёма? Ответ обоснуйте.

• Как изменится показание динамометра, если тело погрузить в воду лишь наполовину?

• Почему при погружении тела в воду уровень жидкости в стакане повышается?