Rozwiązanie Zadania nr 4 Związku Czystej Wody

Przedstawienie grupy : Spotkaliśmy się dn br. w składzie : Katarzyna Bis, Katarzyna Barlik, Joanna Szczepanowska, Grzegorz Kuczek, Tomasz Słówko, Jakub Gramatyka pod opieką p.mgr Anieli Szostak w celu rozwiązania słynnego zadania.

Wiadomości wstępne : Po wykonaniu i przeanalizowaniu doświadczenia doszliśmy do następujących wniosków : Aby odpowiedzieć na pytania należy skorzystać z prawa Archimedesa.

Archimedes - ok ok. 212 r. p.n.e., pochodził z Grecji. Jest autorem prawa nazwanego od jego nazwiska. Prawo Archimedesa: Na każde ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu skierowana do góry, a jej wartość jest równa wartości ciężaru cieczy wypartego przez to ciało. F W = q C * g * V C gdzie: F W -siła wyporu q C -gęstość cieczy g-przyspieszenie ziemskie V C –objętość wypartej cieczy

Wartość siły ciężkości jest większa od wartości siły wyporu (Fc > Fw) – wówczas ciało tonie. Siła ciężkości i siła wyporu równoważą się (Fc = Fw) – wtedy ciało pozostaje w stanie równowagi i może całkowicie zanurzone pływać na dowolnej głębokości. Wartość siły ciężkości jest mniejsza od wartości siły wyporu (Fc < Fw) – ciało wynurza się z cieczy dotąd aż zmniejszona siła wyporu zrównoważy jego ciężar.

Odpowiedź na pytanie nr 1: 1a) Obniżenie poziomu wody w szklance w pierwszym doświadczeniu można uzasadnić następująco : Kiedy monety znajdują się w nakrętce to wypierają wodę o objętości, której masa równa się ich masie. Ponieważ gęstość substancji, z której są monety jest większa od gęstości wody, to objętość wypartej wody jest większa od objętości monet. Kiedy monety zostaną wyrzucone z nakrętki do wody, będą leżeć na jej dnie, to wtedy wypierają wodę o objętości równej swojej objętości. Dlatego kiedy monety wyrzucamy z nakrętki do wody, to objętość wypartej wody przez nakrętkę zmniejszy się i poziom wody w szklance obniży się. W identyczny sposób wyjaśniamy obniżenie się wody w basenie, gdy z łódki zostanie wyrzucony kamień do wody w basenie: kamień to monety, nakrętka to łódka.

1b) Niezmienność poziomu wody w drugim doświadczeniu można uzasadnić następująco: Wiosła o masie równej kamieniowi obciążają łódkę w podobny sposób jak kamień. Po wyrzuceniu za burtę zanurzone w wodzie, wypierają niemal taką samą jej ilość, jak wówczas gdy znajdują się w łódce, ponieważ gęstość wody (1,0 g/cm 3) i drewna (0,8 g/cm 3) jest porównywalna – dlatego różnica poziomu wody będzie niezmieniona bądź minimalna.

Odpowiedź na pytanie nr 2: Gdy jednego z mężczyzn zastąpimy kamieniem o takiej samej masie poziom wody nie ulegnie zmianie, gdyż ciężar wtedy wypieranej w pierwszym przypadku wody jest równy ciężarowi wody wypartej w drugim przypadku.

Bibliografia: Podręcznik do fizyki: Fizyka w gimnazjum część druga Maria i Ryszard Rozenbajger