Teks karya ditempatkan tanpa gambar dan rumus.
Versi lengkap dari karya tersebut tersedia di tab "File Pekerjaan" dalam format PDF

pengantar

Relevansi: Jika Anda melihat lebih dekat ke dunia di sekitar Anda, Anda dapat menemukan banyak peristiwa yang terjadi di sekitar Anda. Sejak zaman kuno, manusia telah dikelilingi oleh air. Saat kita berenang di dalamnya, tubuh kita mendorong beberapa kekuatan ke permukaan. Saya telah bertanya pada diri sendiri pertanyaan untuk waktu yang lama: “Mengapa tubuh mengapung atau tenggelam? Apakah air mendorong sesuatu keluar?

Pekerjaan penelitian saya bertujuan untuk memperdalam pengetahuan yang diperoleh dalam pelajaran tentang gaya Archimedean. Jawaban atas pertanyaan saya, menggunakan pengalaman hidup, pengamatan realitas di sekitarnya, melakukan eksperimen saya sendiri dan menjelaskan hasilnya, yang akan memperluas pengetahuan tentang topik ini. Semua ilmu saling berhubungan. Dan objek umum studi semua ilmu adalah manusia "plus" alam. Saya yakin bahwa studi tentang aksi gaya Archimedean relevan saat ini.

Hipotesa: Saya kira di rumah adalah mungkin untuk menghitung besarnya gaya apung yang bekerja pada benda yang direndam dalam cairan dan menentukan apakah itu tergantung pada sifat-sifat cairan, volume dan bentuk benda.

Objek studi: Daya apung dalam cairan.

Tugas:

Untuk mempelajari sejarah penemuan gaya Archimedean;

Untuk mempelajari literatur pendidikan tentang aksi gaya Archimedean;

Mengembangkan keterampilan untuk melakukan percobaan independen;

Buktikan bahwa nilai gaya apung bergantung pada massa jenis zat cair.

Metode penelitian:

Riset;

Diperkirakan;

Pengambilan informasi;

Pengamatan

1. Penemuan kekuatan Archimedes

Ada legenda terkenal tentang bagaimana Archimedes berlari di jalan dan berteriak "Eureka!" Ini hanya menceritakan tentang penemuannya bahwa gaya apung air sama nilai absolutnya dengan berat air yang dipindahkan olehnya, yang volumenya sama dengan volume benda yang terbenam di dalamnya. Penemuan ini disebut hukum Archimedes.

Pada abad III SM, Hieron hidup - raja kota Yunani kuno Syracuse, dan dia ingin menjadikan dirinya mahkota baru dari emas murni. Dia mengukurnya dengan ketat sesuai kebutuhan, dan memberi perintah kepada toko perhiasan itu. Sebulan kemudian, master mengembalikan emas dalam bentuk mahkota dan beratnya sama dengan massa emas ini. Tetapi bagaimanapun juga, apa pun bisa terjadi dan master dapat menipu dengan menambahkan perak atau lebih buruk lagi - tembaga, karena Anda tidak dapat membedakannya dengan mata, dan massanya sebagaimana mestinya. Dan raja ingin tahu: apakah pekerjaan itu dilakukan dengan jujur? Dan kemudian, dia meminta ilmuwan Archimedes, untuk memeriksa apakah sang master membuat mahkotanya dari emas murni. Seperti yang Anda ketahui, massa tubuh sama dengan produk kepadatan zat dari mana tubuh dibuat dan volumenya :. Jika benda yang berbeda memiliki massa yang sama, tetapi mereka terbuat dari zat yang berbeda, maka mereka akan memiliki volume yang berbeda. Jika tuannya mengembalikan kepada raja bukan mahkota yang terbuat dari perhiasan, yang volumenya tidak dapat ditentukan karena kerumitannya, tetapi sepotong logam dengan bentuk yang sama dengan yang diberikan raja kepadanya, maka akan segera menjadi jelas apakah dia mencampur logam lain di sana atau tidak. Dan saat mandi, Archimedes memperhatikan bahwa air mengalir keluar darinya. Dia menduga bahwa itu dicurahkan persis dalam volume yang ditempati oleh bagian-bagian tubuhnya yang direndam dalam air. Dan Archimedes menyadari bahwa volume mahkota dapat ditentukan oleh volume air yang dipindahkan olehnya. Nah, jika Anda dapat mengukur volume mahkota, maka itu dapat dibandingkan dengan volume sepotong emas, yang sama massanya. Archimedes merendam mahkota dalam air dan mengukur bagaimana volume air meningkat. Dia juga mencelupkan sepotong emas ke dalam air, yang massanya sama dengan mahkota. Dan kemudian dia mengukur bagaimana volume air meningkat. Volume air yang dipindahkan dalam dua kasus berbeda. Dengan demikian, sang master dihukum karena penipuan, dan sains diperkaya dengan penemuan yang luar biasa.

Diketahui dari sejarah bahwa masalah mahkota emas mendorong Archimedes untuk mempelajari pertanyaan tentang mengambangnya tubuh. Eksperimen yang dilakukan oleh Archimedes dijelaskan dalam esai "On Floating Bodies", yang telah sampai kepada kita. Kalimat ketujuh (teorema) dari karya ini dirumuskan oleh Archimedes sebagai berikut: benda yang lebih berat dari zat cair, dicelupkan ke dalam zat cair ini, akan tenggelam sampai ke dasar, dan di dalam zat cair akan menjadi lebih ringan karena berat zat cair. dalam volume yang sama dengan volume benda yang terendam.

Menariknya, gaya Archimedes adalah nol ketika benda yang direndam dalam cairan padat, dengan seluruh alasnya ditekan ke bawah.

Penemuan hukum dasar hidrostatika merupakan pencapaian terbesar ilmu pengetahuan kuno.

2. Rumusan dan Penjelasan Hukum Archimedes

Hukum Archimedes menggambarkan aksi cairan dan gas pada benda yang terbenam di dalamnya, dan merupakan salah satu hukum utama hidrostatika dan statika gas.

Hukum Archimedes dirumuskan sebagai berikut: gaya apung bekerja pada benda yang direndam dalam cairan (atau gas), sama dengan berat cairan (atau gas) dalam volume bagian tubuh yang terbenam - gaya ini disebut kekuatan Archimedes:

,

di mana massa jenis cairan (gas), adalah percepatan jatuh bebas, adalah volume bagian tubuh yang terbenam (atau bagian volume tubuh di bawah permukaan).

Oleh karena itu, gaya Archimedean hanya bergantung pada kerapatan cairan di mana benda itu terbenam, dan pada volume benda itu. Tetapi itu tidak tergantung, misalnya, pada kerapatan zat benda yang direndam dalam cairan, karena jumlah ini tidak termasuk dalam rumus yang dihasilkan.

Perlu dicatat bahwa tubuh harus benar-benar dikelilingi oleh cairan (atau bersinggungan dengan permukaan cairan). Jadi, misalnya, hukum Archimedes tidak dapat diterapkan pada kubus yang terletak di dasar tangki, menyentuh bagian bawah secara kedap udara.

3. Penentuan kekuatan Archimedes

Gaya yang mendorong benda dalam cairan keluar dapat ditentukan secara eksperimental menggunakan perangkat ini:

Kami menggantung ember kecil dan badan silinder pada pegas yang dipasang di tripod. Kami menandai peregangan pegas dengan panah pada tripod, menunjukkan berat badan di udara. Mengangkat tubuh, kami mengganti gelas dengan tabung pembuangan di bawahnya, diisi dengan cairan ke tingkat tabung pembuangan. Kemudian seluruh tubuh direndam dalam cairan. Dalam hal ini, bagian dari cairan, yang volumenya sama dengan volume tubuh, dituangkan dari bejana penuang ke dalam gelas. Penunjuk pegas naik, pegas berkontraksi, menunjukkan penurunan berat badan dalam cairan. Dalam hal ini, bersama dengan gaya gravitasi, tubuh juga dipengaruhi oleh gaya yang mendorongnya keluar dari cairan. Jika Anda menuangkan cairan dari gelas ke dalam ember (yaitu ember yang dipindahkan oleh tubuh), maka penunjuk pegas akan kembali ke posisi semula.

Berdasarkan pengalaman ini, kita dapat menyimpulkan bahwa gaya yang mendorong keluar benda yang tercelup seluruhnya ke dalam zat cair sama dengan berat zat cair dalam volume benda tersebut. Ketergantungan tekanan dalam cairan (gas) pada kedalaman perendaman tubuh menyebabkan munculnya gaya apung (gaya Archimedes) yang bekerja pada setiap tubuh yang direndam dalam cairan atau gas. Tubuh bergerak ke bawah di bawah pengaruh gravitasi. Gaya Archimedean selalu berlawanan arah dengan gravitasi, sehingga berat benda dalam cairan atau gas selalu lebih kecil dari berat benda ini dalam ruang hampa.

Pengalaman ini menegaskan bahwa gaya Archimedean sama dengan berat cairan dalam volume tubuh.

4. Kondisi benda terapung

Dua gaya bekerja pada benda di dalam cairan: gravitasi, diarahkan vertikal ke bawah, dan gaya Archimedean, diarahkan vertikal ke atas. Pertimbangkan apa yang akan terjadi pada tubuh di bawah aksi gaya-gaya ini, jika pada awalnya tidak bergerak.

Dalam hal ini, tiga kasus dimungkinkan:

1) Jika gaya gravitasi lebih besar dari gaya Archimedean, maka tubuh tenggelam, yaitu tenggelam:

, kemudian tubuh tenggelam;

2) Jika modulus gravitasi sama dengan modulus gaya Archimedean, maka benda dapat berada dalam kesetimbangan di dalam fluida pada kedalaman berapa pun:

, kemudian tubuh mengapung;

3) Jika gaya Archimedean lebih besar dari gaya gravitasi, maka benda akan naik dari zat cair - terapung:

, kemudian tubuh mengapung.

Jika benda terapung menonjol sebagian di atas permukaan zat cair, maka volume benda terapung yang terendam adalah sedemikian rupa sehingga berat zat cair yang dipindahkan sama dengan berat benda terapung.

Gaya Archimedean lebih besar dari gaya gravitasi jika massa jenis zat cair lebih besar dari massa jenis benda yang dicelupkan ke dalam zat cair, jika

1) \u003d - tubuh mengapung dalam cairan atau gas, 2) >tubuh tenggelam 3) < — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Prinsip-prinsip hubungan antara gravitasi dan gaya Archimedes inilah yang digunakan dalam pembuatan kapal. Namun, kapal sungai dan laut besar yang terbuat dari baja, yang massa jenisnya hampir 8 kali lebih besar dari massa jenis air, tetap berada di atas air. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa hanya lambung kapal yang relatif tipis yang terbuat dari baja, dan sebagian besar volumenya ditempati oleh udara. Dalam hal ini, nilai rata-rata kerapatan kapal ternyata jauh lebih kecil daripada kerapatan air; oleh karena itu, tidak hanya tidak tenggelam, tetapi juga dapat mengambil kargo dalam jumlah besar untuk transportasi. Kapal yang mengapung di sungai, danau, laut dan samudera dibangun dari bahan yang berbeda dengan kepadatan yang berbeda. Lambung kapal biasanya terbuat dari lembaran baja. Semua pengencang internal yang memberi kekuatan pada kapal juga terbuat dari logam. Untuk konstruksi kapal, bahan yang berbeda digunakan, memiliki kepadatan lebih tinggi dan lebih rendah dibandingkan dengan air. Berat air yang dipindahkan oleh bagian bawah air kapal sama dengan berat kapal dengan muatan di udara atau gaya gravitasi yang bekerja pada kapal dengan muatan.

Untuk aeronautika, balon pertama kali digunakan, yang sebelumnya diisi dengan udara panas, sekarang dengan hidrogen atau helium. Agar bola naik ke udara, diperlukan gaya Archimedean (apung) yang bekerja pada bola lebih besar daripada gaya gravitasi.

5. Melakukan percobaan

Selidiki perilaku telur mentah dalam berbagai jenis cairan.

Tugas: buktikan bahwa nilai gaya apung bergantung pada massa jenis zat cair.

Saya mengambil satu telur mentah dan berbagai jenis cairan (Lampiran 1):

Airnya bersih;

Air jenuh dengan garam;

Minyak bunga matahari.

Pertama, saya menurunkan telur mentah ke dalam air bersih - telur tenggelam - "masuk ke bawah" (Lampiran 2). Kemudian saya tambahkan satu sendok makan garam meja ke dalam segelas air bersih, alhasil telur terapung (Lampiran 3). Dan akhirnya, saya menurunkan telur ke dalam gelas dengan minyak bunga matahari - telur tenggelam ke dasar (Lampiran 4).

Kesimpulan: dalam kasus pertama, massa jenis telur lebih besar daripada massa jenis air, dan karena itu telur tenggelam. Pada kasus kedua, massa jenis air garam lebih besar dari massa jenis telur, sehingga telur mengapung di dalam cairan. Pada kasus ketiga, massa jenis telur juga lebih besar dari massa jenis minyak bunga matahari, sehingga telur tenggelam. Oleh karena itu, semakin besar densitas cairan, semakin rendah gaya gravitasi.

2. Aksi gaya Archimedean pada tubuh manusia di dalam air.

Tentukan dengan pengalaman kepadatan tubuh manusia, bandingkan dengan kepadatan air tawar dan air laut dan buat kesimpulan tentang kemungkinan mendasar seseorang untuk berenang;

Hitung berat seseorang di udara, gaya Archimedean yang bekerja pada seseorang di dalam air.

Pertama, saya menggunakan timbangan untuk mengukur berat badan saya. Kemudian dia mengukur volume tubuh (tanpa volume kepala). Untuk melakukan ini, saya menuangkan air yang cukup ke dalam bak mandi sehingga ketika saya tenggelam dalam air, saya benar-benar berada di dalam air (kecuali kepala). Kemudian, dengan bantuan selotip sentimeter, saya menandai dari tepi atas bak mandi jarak ke permukaan air 1, dan kemudian - ketika direndam dalam air 2. Setelah itu, menggunakan toples tiga liter yang telah dikalibrasi, saya mulai menuangkan air ke dalam bak dari level 1 ke level ℓ 2 - jadi saya mengukur volume air yang dipindahkan oleh saya (Lampiran 5). Saya menghitung kepadatan menggunakan rumus:

Gaya gravitasi yang bekerja pada benda di udara dihitung dengan rumus: , di mana percepatan jatuh bebas 10 . Nilai gaya apung dihitung dengan menggunakan rumus yang dijelaskan pada paragraf 2.

Kesimpulan: Tubuh manusia lebih padat daripada air tawar, yang berarti tenggelam di dalamnya. Lebih mudah bagi seseorang untuk berenang di laut daripada di sungai, karena massa jenis air laut lebih besar, dan oleh karena itu nilai gaya apung lebih besar.

Kesimpulan

Dalam proses mengerjakan topik ini, kami belajar banyak hal baru dan menarik untuk diri kami sendiri. Lingkaran pengetahuan kita telah meningkat tidak hanya di bidang aksi kekuatan Archimedes, tetapi juga dalam penerapannya dalam kehidupan. Sebelum mulai bekerja, kami memiliki ide yang jauh dari detail. Selama percobaan, kami secara eksperimental mengkonfirmasi validitas hukum Archimedes dan menemukan bahwa gaya apung tergantung pada volume benda dan kepadatan cairan, semakin besar kepadatan cairan, semakin besar gaya Archimedean. Gaya yang dihasilkan, yang menentukan perilaku benda dalam fluida, bergantung pada massa, volume benda, dan densitas fluida.

Selain eksperimen yang dilakukan, literatur tambahan dipelajari tentang penemuan gaya Archimedes, navigasi badan, dan aeronautika.

Anda masing-masing dapat membuat penemuan luar biasa, dan untuk ini Anda tidak perlu memiliki pengetahuan khusus atau peralatan yang kuat. Anda hanya perlu melihat lebih dekat dunia di sekitar kita, menjadi sedikit lebih mandiri dalam penilaian Anda, dan penemuan tidak akan membuat Anda menunggu. Keengganan kebanyakan orang untuk belajar tentang dunia di sekitar mereka meninggalkan banyak ruang untuk rasa ingin tahu di tempat-tempat yang paling tidak terduga.

Bibliografi

1. Buku besar eksperimen untuk anak sekolah - M.: Rosmen, 2009. - 264 hal.

2. Wikipedia: https://ru.wikipedia.org/wiki/Law_Archimedes.

3. Perelman Ya.I. Fisika yang menghibur. - buku 1. - Yekaterinburg.: Tesis, 1994.

4. Perelman Ya.I. Fisika yang menghibur. - buku 2. - Ekaterinburg.: Tesis, 1994.

5. Peryshkin A.V. Fisika: kelas 7: buku teks untuk lembaga pendidikan / A.V. Peryshkin. - Edisi ke-16, stereotip. - M.: Bustard, 2013. - 192 hal.: sakit.

Lampiran 1

Lampiran 2

Lampiran 3

Lampiran 4

Kelas: 7

TUJUAN PEMBELAJARAN:

1. Melanjutkan pembentukan pengetahuan siswa tentang gaya apung, cari tahu berapa besaran nilai gaya Archimedean yang bergantung (tidak bergantung).
2. Membentuk kemampuan melakukan percobaan fisika, menarik kesimpulan dan generalisasi berdasarkan hasil-hasilnya.

MENGEMBANGKAN TUJUAN:

1. Untuk mengembangkan kualitas motivasi siswa Suvorov, minat kognitif pada subjek.
2. Mengembangkan kemampuan kreatif.
3. Untuk mengembangkan kemampuan menerapkan pengetahuan yang diperoleh dalam situasi pembelajaran baru, menganalisis materi yang dipelajari.
4. Mengembangkan kompetensi pendidikan dan organisasi, pendidikan dan intelektual, pendidikan dan informasi, pendidikan dan komunikatif.

TUJUAN PENDIDIKAN:

1. Berkontribusi pada pembentukan pandangan dunia ilmiah.
2. Tunjukkan signifikansi praktis dari topik yang dipelajari.
3. Untuk mengembangkan kemampuan bekerja dalam kelompok untuk memecahkan masalah bersama.

LESSON TYPE: pelajaran dalam pembentukan pengetahuan dan keterampilan baru.

JENIS PELAJARAN: percakapan heuristik dengan elemen penelitian.

DUKUNGAN BAHAN:

Perangkat dan perlengkapan: set benda, dinamometer, berbagai jenis cairan, tuas berlengan sama, wadah cairan, ember Archimedes, plastisin.

Papan tulis interaktif, presentasi pelajaran, handout (tes, lembar kerja untuk pelaporan hasil penelitian, tabel prestasi).

PERTANYAAN PEMBELAJARAN:

1. kekuatan Archimedean.
2. Manifestasi dari kekuatan Archimedean di alam, kehidupan sehari-hari dan teknologi.

Selama kelas

Mengatur waktu

Menciptakan motivasi positif.

Sebelum kita memulai pelajaran kita, lihatlah seprai yang terbentang di depan Anda. Temukan "Lembar Kerja", di mana Anda akan menyimpan semua catatan dalam pelajaran, lalu menempelkannya ke dalam buku kerja. Dalam "Daftar Prestasi" Anda akan memasukkan poin yang dicetak untuk pekerjaan dalam pelajaran, di akhir pelajaran Anda akan menjumlahkan semua poin dan memberi diri Anda nilai. Hasil Anda tergantung pada pekerjaan Anda. Singkirkan kartu sinyal warna-warni, Anda hanya akan membutuhkannya di akhir pelajaran.

Memperbarui pengetahuan dasar

Hari ini dalam pelajaran kita akan melanjutkan mempelajari topik "Tindakan cairan dan gas pada benda yang terbenam di dalamnya". Ingat gaya apa yang bekerja pada benda yang direndam dalam cairan atau gas? (Ejektor).

Bagaimana itu diarahkan? (vertikal ke atas).

Pengalaman sederhana apa yang dapat mengkonfirmasi apa yang telah dikatakan? (Bereksperimen dengan bola tenis). Suvorovets menunjukkan pengalaman.

Apa itu gaya apung? (Gaya yang mendorong suatu benda keluar dari cairan atau gas sama dengan berat zat cair atau gas dalam volume benda yang terbenam atau bagian dari tubuhnya.)

Bagaimana nilai gaya apung dapat ditentukan secara eksperimental? (Hal ini diperlukan untuk mengukur berat badan di udara, kemudian berat badan dalam cairan dan kurangi berat badan dalam cairan dari berat badan di udara).

Apakah ada gaya apung pada benda yang direndam dalam cairan atau gas? (Ya.)

Demonstrasi pengalaman. (Pernyataan pertanyaan bermasalah) Pada tuas berlengan sama, 2 beban 1n seimbang. Kemudian bobot diturunkan ke dalam bejana, satu dengan air biasa, yang lain dengan air asin, dan ketidakseimbangan diamati. Mengapa keseimbangan tuas yang diseimbangkan di udara dengan berat yang sama terganggu ketika ditempatkan dalam cairan? Suvorovites membuat asumsi, tetapi mereka tidak dapat menjawab pertanyaan dengan benar. Hari ini dalam pelajaran Anda harus menjawab pertanyaan ini. Yang pertama mempelajari gaya apung adalah ilmuwan Yunani kuno Archimedes, itulah sebabnya gaya ini disebut gaya Archimedean. Ambil "Lembar Kerja" dan tuliskan topik pelajaran: "Kekuatan Archimedean".

Tujuan pelajaran kami: untuk mempelajari gaya Archimedean, mis. cari tahu pada besaran apa gaya ini bergantung dan mana yang tidak bergantung, pelajari cara menentukannya dan cari tahu di mana gaya ini menemukan penerapannya.

Siapa Archimedes?

Pembentukan pengetahuan baru

Archimedes - seorang ilmuwan Yunani Kuno yang luar biasa, lahir pada abad ke-3 SM di kota Syracuse di pulau Sisilia. Archimedes menerima pendidikan yang sangat baik dari ayahnya, astronom dan matematikawan Phidias, kerabat dari tiran Syracusan Hieron. Di masa mudanya, ia menghabiskan beberapa tahun di pusat budaya terbesar di Alexandria, di mana ia berteman dengan astronom Konon dan matematikawan Eratosthenes. Ini adalah dorongan untuk pengembangan kemampuannya yang luar biasa. Ia menjadi terkenal karena banyak karya ilmiah di bidang fisika dan geometri. Penemuannya adalah mesin untuk menyiram ladang "sekrup-siput", ia mengembangkan teori tuas. Dia adalah seorang patriot sejati di kotanya. Saat itu, Perang Punisia ke-2 sedang berlangsung. Kota itu dikepung oleh tentara Romawi, yang memiliki armada yang sangat baik. Archimedes mengorganisir pertahanan teknik. Dia membangun banyak mesin luar biasa yang menenggelamkan kapal musuh. Setelah Archimedes, banyak karya yang tersisa. Salah satu penemuan terpenting adalah hukum, yang kemudian disebut hukum Archimedes.

Sekarang Anda, sebagai Archimedes muda, harus menjelajahi gaya apung. Merumuskan tujuan penelitian

1. Mendeteksi aksi apung dari cairan.
2. Cari tahu faktor apa yang bergantung pada gaya Archimedean.
3. Cari tahu faktor-faktor apa yang tidak bergantung pada gaya Archimedean.

pertanyaan masalah. Sarankan faktor-faktor apa yang akan mempengaruhi nilai gaya apung.

Kemungkinan asumsi: (hipotesis)

1. volume tubuh
2. kepadatan tubuh
3. bentuk tubuh
4. kepadatan cair
5. kedalaman perendaman

Bagaimana kita bisa menguji asumsi kita? Pada eksperimen dan dengan bantuan kesimpulan teoretis.

Mari kita uji asumsi Anda. Sekarang Anda akan dibagi menjadi 5 kelompok, Anda akan menerima peralatan dan tugas yang sesuai. Dokumentasikan hasil pekerjaan Anda pada lembar kerja, buat kesimpulan dan masukkan hasil Anda dalam tabel ringkasan di papan tulis.

Tugas 1 kelompok

Peralatan: bejana dengan air, dinamometer, aluminium dan batang baja pada ulir dengan volume yang sama.

F a 1 = F a2 =

1. Buatlah kesimpulan tentang ketergantungan (independence) gaya Archimedean terhadap densitas benda.

Tugas 2 kelompok

Peralatan: bejana dengan air, dinamometer, badan logam di atas ulir.

1. Tentukan gaya Archimedean yang bekerja pada 1/2 volume benda yang dicelupkan ke dalam air.

P di udara \u003d P di air \u003d F a1 \u003d

2. Tentukan gaya Archimedean yang bekerja pada benda yang tercelup seluruhnya ke dalam zat cair.
3. Bandingkan kekuatan ini.

F a 1 = F a2 =

4. Buatlah kesimpulan tentang ketergantungan (kemandirian) gaya Archimedean pada volume bagian tubuh yang terendam.

Tugas 3 kelompok

Peralatan: dinamometer, bejana dengan air bersih dan asin, batang baja di atas ulir.

Tugas 4 kelompok

Peralatan: benda yang terbuat dari plastisin dengan volume yang sama, tetapi bentuknya berbeda, bejana dengan air, dinamometer.

1. Tentukan gaya Archimedean yang bekerja pada benda bulat

P di udara \u003d P di air \u003d F a1 \u003d

2. Tentukan gaya Archimedean yang bekerja pada benda persegi panjang

P di udara \u003d P di air \u003d F a 2 \u003d

3. Bandingkan kekuatan ini

F a 1 = F a2 =

4. Buatlah kesimpulan tentang ketergantungan (independence) gaya Archimedean terhadap bentuk benda.

Tugas 5 kelompok

Peralatan: bejana dengan air, dinamometer, silinder logam, penggaris pengukur.

1. Tentukan gaya Archimedean yang bekerja pada benda ketika dibenamkan pada kedalaman 5 cm

P di udara \u003d P di air \u003d F a1 \u003d

2. Tentukan gaya Archimedean yang bekerja pada benda ketika dibenamkan pada kedalaman 10 cm

P di udara \u003d P di air \u003d F a 2 \u003d

3. Bandingkan gaya Archimedean yang bekerja pada sebuah benda ketika dibenamkan pada kedalaman 5 cm dan 10 cm

F a 1 = F a2 =

4. Buatlah kesimpulan tentang ketergantungan (kemandirian) gaya Archimedean pada kedalaman perendaman tubuh.

Pada saat ini, ahli teori bekerja di papan tulis sesuai dengan rencana yang diberikan oleh guru, ia menemukan gaya Archimedean sebagai berat fluida yang dipindahkan. Fa = W g V

Setelah menerima hasil, kesimpulan umum dibuat. Kesimpulannya ditulis oleh Suvorovites di buku catatan.

Membandingkan hasil kesimpulan teoretis dan kesimpulan para peneliti, kita melihat bahwa mereka bertepatan.

Mari kita rangkum pengetahuan kita dalam dua pelajaran.

Cara menemukan gaya Archimedean

Gaya yang mendorong keluar seluruh benda yang dicelupkan ke dalam zat cair sama dengan berat zat cair dalam volume benda tersebut. Hukum ini juga berlaku untuk gas.

Ada legenda bahwa pemikiran ini mengunjungi Archimedes ketika dia sedang mandi. Mari kita dengarkan dan lihat legenda ini. Adegan dari puisi karya E.S. Efimovsky "Sejarah kehidupan, penemuan, perjuangan, dan kematian ilmuwan besar zaman kuno Archimedes".

Pengalaman dengan ember Archimedes. Mendemonstrasikan Suvorov, yang memerankan Archimedes. Sebuah ember dan sebuah silinder digantungkan pada sebuah pegas. Volume silinder sama dengan volume internal ember. Ekstensi pegas ditandai dengan pointer. Ketika seluruh silinder dicelupkan ke dalam gelas berisi air, kita melihat bahwa pegas telah menyusut, dan air telah dituangkan ke dalam gelas. Volume air yang dicurahkan sama dengan volume tubuh yang dicelupkan ke dalam air. Mari kita tuangkan air dari gelas ke dalam ember dan kita akan melihat bahwa penunjuk pegas telah kembali ke posisi semula. Ini berarti bahwa gaya yang mendorong air keluar sama dengan berat air yang dipindahkan oleh tubuh.

Di mana Anda bertemu dengan kekuatan Archimedean dalam hidup? Demonstrasi tugas foto

Foto #1. (Laut Mati) Di wilayah Palestina dan Israel, sekilas ada laut yang aneh. Anda tidak bisa tenggelam di laut. Mengapa?

Foto #2. (Pisces) Pisces dapat dengan mudah menyesuaikan kedalaman penyelaman mereka dengan mengubah volume tubuhnya berkat kantung renang. Akankah ikan tenggelam atau mengapung ketika volume kantung renang berkurang? (Menyelam, karena dengan penurunan volume tubuh, gaya Archimedean juga berkurang).

Foto #3. (Kit) Paus, meskipun hidup di air, bernafas dengan paru-paru. Namun, memiliki paru-paru, paus tidak akan hidup satu jam jika berada di darat. Mengapa? (Gaya gravitasi yang sangat besar akan menekan hewan ke tanah. Kerangka paus tidak beradaptasi untuk menahan keparahan ini, paus bahkan tidak akan bisa bernapas, karena untuk menghirupnya harus mengembangkan paru-paru, yaitu mengangkat otot mengelilingi dada, dan di udara, otot-otot ini memiliki berat beberapa puluh ribu newton).

Foto #4. (Kapal, kapal selam, balon) Contoh penerapan gaya Archimedean.

Pengikat utama

Pikirkan dan jawab:

nomor 1. Volume tubuh yang sama (baja dan kaca) diturunkan ke dalam air. Apakah gaya apung yang sama bekerja pada mereka?

2. Seorang siswa kelas satu dan siswa kelas tujuh terjun ke dalam air. Siapa yang paling terdorong keluar oleh air?

Nomor 3. Suatu kali anak itu menyelam ke kedalaman 2m, dan waktu lainnya ke 3m. Dalam hal apa air lebih mendorongnya keluar?

Cadangan* Opsi No. 1. Tentukan gaya apung yang bekerja pada sebuah bathysphere dengan volume 4 m 3 yang terendam seluruhnya di laut? Massa jenis air laut 1030kg/m3.(41200n)

Opsi nomor 2. Sebuah pelat beton bertulang dengan volume 0,3 m3 dicelupkan setengahnya ke dalam air. Berapakah gaya Archimedean yang bekerja padanya? Kepadatan air 1000kg/m 3 .(1500n)

Konsolidasi materi yang dipelajari

Tugas bekerja dengan tes didefinisikan. Siswa Suvorov mendengarkan guru, menjawab pertanyaan tes secara tertulis dan (di komputer) dan melakukan pemeriksaan diri.

Uji dirimu. Sudahkah Anda mempelajari kekuatan Archimedes dengan baik? Tes (lihat lampiran)

Menyimpulkan pelajaran dan tugas belajar mandiri

Pelajaran kita telah berakhir, saatnya untuk menyimpulkan. Hitung semua poin Anda.

Cerminan. Angkat segitiga kuning yang mendapat 3 untuk pelajaran, kotak hijau yang mendapat 4 dan bintang merah untuk 5.

Tugas pelatihan mandiri: Peryshkin A.V. “Fisika-7” 49, latihan 24 No. 3,4

Tugas kreatif: tulis esai dengan topik: "Jika gaya Archimedean menghilang ...".

№	Pertanyaan		Pilihan jawaban	Menjawab
1			A) untuk yang pertama B) untuk yang kedua C) sama untuk kedua benda
2	Benda manakah yang dipengaruhi oleh gaya apung yang paling kecil?		A) untuk yang ketiga B) untuk yang kedua B) untuk yang pertama
3	Benda manakah yang dipengaruhi oleh gaya Archimedean terbesar?		A) untuk yang pertama B) untuk yang kedua B) untuk yang ketiga
4	Dua silinder aluminium dengan volume yang sama digantungkan pada balok keseimbangan. Apakah keseimbangan keseimbangan akan terganggu jika satu silinder ditempatkan dalam air dan yang lainnya dalam alkohol?		A) lebih berat daripada silinder dalam alkohol B) lebih berat daripada silinder di dalam air B) tidak akan pecah
5	Tentukan gaya apung yang bekerja pada benda yang dicelupkan ke dalam air dengan volume 0,001 m3		A) 10N B) 100N C) 1000N

LEMBAR KERJA

KEKUATAN ARCHIMEDE
TERGANTUNG PADA: 1. 2.	TIDAK TERGANTUNG PADA:1. 2. 3.

METODE UNTUK MENEMUKAN KEKUATAN ARCHIMEDEAN

1.
2.
3.

Contoh manifestasi gaya Archimedean dalam kehidupan sehari-hari, alam, teknologi

DAFTAR PRESTASI

TUGAS UNTUK “TEORITIS”

1. Tuliskan rumus gaya apung yang bekerja pada benda yang dicelupkan ke dalam zat cair.
2. Bagaimana cara mencari berat zat cair?
3. Bagaimana cara mencari massa zat cair?
4. Berapa volume cairan yang dipindahkan?
5. Bagaimana cara mencari gaya apung (gaya archimedean)?
6. Analisis rumusnya. Buat kesimpulan: pada faktor apa nilai gaya Archimedean bergantung?

Seringkali penemuan ilmiah adalah hasil dari kebetulan belaka. Tetapi hanya orang-orang dengan pikiran yang terlatih yang dapat menghargai pentingnya suatu kebetulan sederhana dan menarik kesimpulan yang luas darinya. Berkat rantai peristiwa acak, hukum Archimedes muncul dalam fisika, yang menjelaskan perilaku benda-benda di dalam air.

Tradisi

Di Syracuse, Archimedes legendaris. Suatu ketika penguasa kota yang mulia ini meragukan kejujuran pembuat perhiasannya. Mahkota, yang dibuat untuk penguasa, harus mengandung sejumlah emas. Periksa fakta ini diinstruksikan Archimedes.

Archimedes menetapkan bahwa benda di udara dan di air memiliki bobot yang berbeda, dan perbedaannya berbanding lurus dengan kepadatan benda yang diukur. Dengan mengukur berat mahkota di udara dan dalam air, dan melakukan eksperimen serupa dengan sepotong emas utuh, Archimedes membuktikan bahwa ada campuran logam yang lebih ringan di mahkota yang dibuat.

Menurut legenda, Archimedes membuat penemuan ini di bak mandi, melihat percikan air. Apa yang terjadi selanjutnya dengan perhiasan yang tidak jujur, sejarah diam, tetapi kesimpulan ilmuwan Syracuse membentuk dasar dari salah satu hukum fisika terpenting, yang kita kenal sebagai hukum Archimedes.

Susunan kata

Archimedes menguraikan hasil eksperimennya dalam karya "On Floating Bodies", yang, sayangnya, bertahan hingga hari ini hanya dalam bentuk fragmen. Fisika modern menggambarkan hukum Archimedes sebagai gaya total yang bekerja pada benda yang direndam dalam cairan. Gaya apung suatu benda dalam fluida diarahkan ke atas; nilai mutlaknya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan.

Aksi cairan dan gas pada benda yang terendam

Setiap benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan mengalami gaya tekan. Pada setiap titik pada permukaan benda, gaya-gaya ini diarahkan tegak lurus terhadap permukaan benda. Jika mereka sama, tubuh hanya akan mengalami kompresi. Tetapi gaya tekanan meningkat sebanding dengan kedalaman, sehingga permukaan tubuh bagian bawah mengalami lebih banyak kompresi daripada bagian atas. Anda dapat mempertimbangkan dan menjumlahkan semua gaya yang bekerja pada benda di dalam air. Vektor terakhir dari arah mereka akan diarahkan ke atas, tubuh didorong keluar dari cairan. Besarnya gaya-gaya ini ditentukan oleh hukum Archimedes. Navigasi badan sepenuhnya didasarkan pada hukum ini dan pada berbagai konsekuensi darinya. Gaya Archimedean juga bekerja dalam gas. Berkat gaya apung inilah kapal udara dan balon terbang di langit: berkat perpindahan udara, mereka menjadi lebih ringan daripada udara.

Rumus fisik

Secara visual, kekuatan Archimedes dapat ditunjukkan dengan penimbangan sederhana. Saat menimbang beban latihan di ruang hampa, di udara dan di air, orang dapat melihat bahwa beratnya berubah secara signifikan. Dalam ruang hampa, beratnya adalah satu, di udara - sedikit lebih rendah, dan di air - bahkan lebih rendah.

Jika kita mengambil berat benda dalam ruang hampa sebagai P o, maka beratnya di udara dapat dijelaskan dengan rumus berikut: P in \u003d P o - F a;

di sini P tentang - berat dalam ruang hampa;

Seperti yang dapat dilihat dari gambar, tindakan apa pun dengan menimbang air secara signifikan meringankan tubuh, oleh karena itu, dalam kasus seperti itu, gaya Archimedes harus diperhitungkan.

Untuk udara, perbedaan ini dapat diabaikan, jadi biasanya berat benda yang terbenam di udara dijelaskan dengan rumus standar.

Kepadatan medium dan kekuatan Archimedes

Menganalisis eksperimen paling sederhana dengan berat benda di berbagai media, orang dapat sampai pada kesimpulan bahwa berat badan di berbagai media tergantung pada massa benda dan kepadatan media pencelupan. Selain itu, semakin padat media, semakin besar kekuatan Archimedes. Hukum Archimedes menghubungkan hubungan ini dan densitas cairan atau gas tercermin dalam rumus akhirnya. Apa lagi yang mempengaruhi kekuatan ini? Dengan kata lain, pada karakteristik apa hukum Archimedes bergantung?

Rumus

Gaya Archimedean dan gaya-gaya yang mempengaruhinya dapat ditentukan dengan menggunakan penalaran logis sederhana. Misalkan benda dengan volume tertentu, yang direndam dalam cairan, terdiri dari cairan yang sama dengan yang direndamnya. Asumsi ini tidak bertentangan dengan asumsi lainnya. Bagaimanapun, gaya yang bekerja pada benda sama sekali tidak bergantung pada kepadatan benda ini. Dalam hal ini, tubuh kemungkinan besar akan seimbang, dan gaya apung akan dikompensasi oleh gravitasi.

Dengan demikian, keseimbangan tubuh dalam air akan dijelaskan sebagai berikut.

Tetapi gaya gravitasi, dari kondisi tersebut, sama dengan berat cairan yang dipindahkan: massa cairan sama dengan produk kerapatan dan volume. Mengganti nilai yang diketahui, Anda dapat mengetahui berat tubuh dalam cairan. Parameter ini digambarkan sebagai V * g.

Mengganti nilai yang diketahui, kita mendapatkan:

Ini adalah hukum Archimedes.

Rumus yang kami peroleh menggambarkan densitas sebagai densitas benda yang diteliti. Tetapi pada kondisi awal ditunjukkan bahwa massa jenis benda identik dengan massa jenis cairan di sekitarnya. Dengan demikian, dalam rumus ini, Anda dapat dengan aman mengganti nilai densitas cairan. Pengamatan visual, yang menyatakan bahwa gaya apung lebih besar dalam media yang lebih padat, telah menerima pembenaran teoretis.

Penerapan hukum Archimedes

Eksperimen pertama yang mendemonstrasikan hukum Archimedes telah dikenal sejak zaman sekolah. Pelat logam tenggelam dalam air, tetapi, dilipat dalam bentuk kotak, tidak hanya dapat mengapung, tetapi juga membawa beban tertentu. Aturan ini merupakan kesimpulan terpenting dari aturan Archimedes, yang menentukan kemungkinan membangun kapal sungai dan laut, dengan mempertimbangkan kapasitas maksimumnya (perpindahan). Bagaimanapun, kepadatan laut dan air tawar berbeda, dan kapal dan kapal selam harus memperhitungkan perbedaan parameter ini saat memasuki muara sungai. Perhitungan yang salah dapat menyebabkan bencana - kapal akan kandas, dan upaya yang signifikan akan diperlukan untuk mengangkatnya.

Hukum Archimedes juga diperlukan untuk kapal selam. Faktanya adalah bahwa kerapatan air laut berubah nilainya tergantung pada kedalaman perendaman. Perhitungan kepadatan yang benar akan memungkinkan penyelam untuk menghitung dengan benar tekanan udara di dalam setelan, yang akan mempengaruhi kemampuan manuver penyelam dan memastikan penyelaman dan pendakian yang aman. Prinsip Archimedes juga harus diperhitungkan dalam pengeboran air dalam, rig pengeboran besar kehilangan hingga 50% dari beratnya, yang membuat transportasi dan operasinya lebih murah.

Pesan dari administrator:

Teman-teman! Siapa yang sudah lama ingin belajar bahasa Inggris?
Pergi ke dan dapatkan dua pelajaran gratis di Sekolah Bahasa Inggris SkyEng!
Saya bekerja di sana sendiri - sangat keren. Ada kemajuan.

Dalam aplikasi, Anda dapat mempelajari kata-kata, melatih mendengarkan dan pengucapan.

Cobalah. Dua pelajaran gratis dengan tautan saya!
Klik

Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair atau gas dikenai gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat cair atau gas yang dipindahkan oleh benda tersebut.

Dalam bentuk integral

kekuatan Archimedean selalu berlawanan arah dengan gravitasi, sehingga berat benda dalam cairan atau gas selalu lebih kecil dari berat benda ini dalam ruang hampa.

Jika sebuah benda mengapung di permukaan atau bergerak naik atau turun secara beraturan, maka gaya apung (juga disebut kekuatan Archimedean) sama dalam nilai absolut (dan berlawanan arah) dengan gaya gravitasi yang bekerja pada volume cairan (gas) yang dipindahkan oleh tubuh, dan diterapkan pada pusat gravitasi volume ini.

Adapun benda-benda yang berada dalam gas, misalnya di udara, untuk mencari gaya angkat (Gaya Archimedes), Anda perlu mengganti massa jenis cairan dengan massa jenis gas. Misalnya, balon dengan helium terbang ke atas karena fakta bahwa kerapatan helium lebih kecil daripada kerapatan udara.

Dengan tidak adanya medan gravitasi (Gravity), yaitu, dalam keadaan tanpa bobot, hukum Archimedes tidak bekerja. Astronot cukup akrab dengan fenomena ini. Secara khusus, dalam keadaan tanpa bobot tidak ada fenomena konveksi (pergerakan alami udara di ruang angkasa), oleh karena itu, misalnya, pendinginan udara dan ventilasi kompartemen hidup pesawat ruang angkasa dipaksa oleh kipas.

Dalam rumus yang kami gunakan

Terlepas dari perbedaan nyata dalam sifat cairan dan gas, dalam banyak kasus perilaku mereka ditentukan oleh parameter dan persamaan yang sama, yang memungkinkan untuk menggunakan pendekatan terpadu untuk mempelajari sifat-sifat zat ini.

Dalam mekanika, gas dan cairan dianggap sebagai media kontinu. Diasumsikan bahwa molekul suatu zat didistribusikan secara terus menerus di bagian ruang yang ditempatinya. Dalam hal ini, densitas gas sangat bergantung pada tekanan, sedangkan situasinya berbeda untuk cairan. Biasanya, ketika memecahkan masalah, fakta ini diabaikan, menggunakan konsep umum dari fluida yang tidak dapat dimampatkan, yang kerapatannya seragam dan konstan.

Definisi 1

Tekanan didefinisikan sebagai gaya normal $F$ yang bekerja dari sisi fluida per satuan luas $S$.

$ρ = \frac(\Delta P)(\Delta S)$.

Catatan 1

Tekanan diukur dalam pascal. Satu Pa sama dengan gaya 1 N yang bekerja pada satu satuan luas 1 persegi. M.

Dalam keadaan setimbang, tekanan cairan atau gas dijelaskan oleh hukum Pascal, yang menyatakan bahwa tekanan pada permukaan cairan, yang dihasilkan oleh gaya eksternal, ditransfer oleh cairan secara merata ke segala arah.

Dalam kesetimbangan mekanik, tekanan horizontal fluida selalu sama; akibatnya, permukaan bebas fluida statis selalu horizontal (kecuali dalam kasus kontak dengan dinding bejana). Jika kita memperhitungkan kondisi inkompresibilitas cairan, maka kerapatan media yang dipertimbangkan tidak bergantung pada tekanan.

Bayangkan volume tertentu cairan dibatasi oleh silinder vertikal. Kami menyatakan penampang kolom cairan $S$, tingginya $h$, densitas cairan $ρ$, dan beratnya $P=ρgSh$. Maka yang berikut ini benar:

$p = \frac(P)(S) = \frac(ρgSh)(S) = gh$,

di mana $p$ adalah tekanan di bagian bawah bejana.

Oleh karena itu tekanan bervariasi secara linier dengan ketinggian. Dalam hal ini, $ρgh$ adalah tekanan hidrostatik, yang perubahannya menjelaskan munculnya gaya Archimedes.

Rumusan Hukum Archimedes

Hukum Archimedes, salah satu hukum dasar hidrostatika dan aerostatika, menyatakan bahwa benda yang direndam dalam cairan atau gas dikenai gaya apung atau gaya angkat yang sama dengan berat volume cairan atau gas yang dipindahkan oleh bagian benda tersebut. dicelupkan ke dalam cairan atau gas.

Catatan 2

Munculnya gaya Archimedean disebabkan oleh kenyataan bahwa medium - cair atau gas - cenderung menempati ruang yang diambil oleh benda yang terbenam di dalamnya; sementara tubuh didorong keluar dari media.

Oleh karena itu nama kedua untuk fenomena ini adalah gaya apung atau gaya angkat hidrostatik.

Gaya apung tidak tergantung pada bentuk tubuh, juga pada komposisi tubuh dan karakteristik lainnya.

Timbulnya gaya Archimedean disebabkan adanya perbedaan tekanan medium pada kedalaman yang berbeda. Misalnya, tekanan pada lapisan bawah air selalu lebih besar dari pada lapisan atas.

Manifestasi gaya Archimedes hanya mungkin dengan adanya gravitasi. Jadi, misalnya, di Bulan, gaya apung akan enam kali lebih kecil daripada di Bumi untuk benda-benda dengan volume yang sama.

Munculnya Kekuatan Archimedes

Bayangkan media cair apa pun, misalnya, air biasa. Secara mental pilih volume air sewenang-wenang dengan permukaan tertutup $S$. Karena seluruh cairan berada dalam kesetimbangan mekanis berdasarkan kondisi, volume yang kami alokasikan juga statis. Ini berarti bahwa resultan dan momen gaya luar yang bekerja pada volume terbatas ini bernilai nol. Gaya eksternal dalam hal ini adalah berat volume air yang terbatas dan tekanan fluida di sekitarnya pada permukaan luar $S$. Dalam hal ini, ternyata resultan $F$ gaya-gaya tekanan hidrostatis yang dialami permukaan $S$ sama dengan berat volume fluida yang dibatasi oleh permukaan $S$. Agar momen total gaya luar menghilang, resultan $F$ harus diarahkan ke atas dan melewati pusat massa volume cairan yang dipilih.

Sekarang kami menyatakan bahwa alih-alih cairan terbatas bersyarat ini, setiap benda padat dengan volume yang sesuai ditempatkan di media. Jika kondisi kesetimbangan mekanik diamati, maka tidak akan terjadi perubahan dari sisi lingkungan, termasuk tekanan yang bekerja pada permukaan $S$ akan tetap sama. Dengan demikian, kita dapat memberikan rumusan yang lebih tepat dari hukum Archimedes:

Catatan 3

Jika benda yang direndam dalam cairan berada dalam kesetimbangan mekanis, maka dari sisi lingkungan sekitarnya, gaya apung dari tekanan hidrostatik bekerja padanya, secara numerik sama dengan berat media dalam volume yang dipindahkan oleh tubuh.

Gaya apung diarahkan ke atas dan melewati pusat massa benda. Jadi, menurut hukum Archimedes untuk gaya apung, berikut ini benar:

$F_A = gV$, di mana:

• $V_A$ - gaya apung, H;
• $ρ$ - massa jenis cairan atau gas, $kg/m^3$;
• $V$ - volume benda yang dicelupkan ke dalam medium, $m^3$;
• $g$ - percepatan jatuh bebas, $m/s^2$.

Gaya apung yang bekerja pada benda berlawanan arah dengan gaya gravitasi, oleh karena itu perilaku benda yang terbenam dalam medium tergantung pada rasio modul gravitasi $F_T$ dan gaya Archimedean $F_A$. Ada tiga kemungkinan kasus di sini:

1. $F_T$ > $F_A$. Gaya gravitasi melebihi gaya apung, sehingga benda tenggelam/jatuh;
2. $F_T$ = $F_A$. Gaya gravitasi sama dengan gaya apung, sehingga tubuh "menggantung" dalam cairan;
3. $F_T$