Dane INFORMACYJNE Prawo Archimedesa Nazwa szkoły: Gimnazjum im. Stefana i Agatona Gillerów w Opatówku Gimnazjum im. Adama Mickiewicza w Drawsku Pomorskim ID grupy: 98/79_mf_g1 ; 98/11_mf_g1 Kompetencja: matematyka i fizyka Temat projektowy: Prawo Archimedesa Semestr IV / Rok szkolny 2011/2012

Spis Treści Kim był Archimedes? Historia odkrycia prawa Archimedesa Prawo Archimedesa Warunki pływania ciał Wykorzystanie prawa Archimedesa Opis wykonanych doświadczeń Źródła informacji

Kim był Archimedes ? Grecki filozof przyrody i matematyk, urodzony i zmarły w Syrakuzach (ok. 287-212 p.n.e.) Wykształcenie zdobył w Aleksandrii. Był synem astronoma Fidiasza i prawdopodobnie krewnym władcy Syrakuz Hierona II. W czasie drugiej wojny punickiej kierował pracami inżynieryjnymi przy obronie Syrakuz. Archimedes został zabity przez żołnierzy rzymskich po zdobyciu miasta. Później gorzko tego żałowano. Na życzenie Archimedesa na jego nagrobku wyryto kulę, stożek i walec. Był autorem traktatu o kwadraturze odcinka paraboli, twórcą hydrostatyki i statyki, prekursorem rachunku całkowego. Stworzył też podstawy rachunku różniczkowego.

Eureka! Eureka! Legenda głosi, że król Syrakuz zwrócił się do Archimedesa, aby ten zbadał, czy korona, którą wykonał syrakuzański złotnik, zawiera tylko złoto. Archimedes długo nad tym rozmyślał, aż wreszcie pewnego razu w czasie kąpieli w wannie poczuł jak w miarę zanurzania się w wodzie ciężar jego ciała się zmniejsza. Oszołomiony swoim odkryciem, wyskoczył z wanny i z okrzykiem Eureka! nago wybiegł na ulicę i udał się do króla. Okazało się, że korona nie była z niego wykonana.

prawo Archimedesa Na każde ciało zanurzone w cieczy (w gazie) działa siła wyporu zwrócona do góry, a jej wartość jest równa wartości ciężaru cieczy (gazu) wypartego przez ciało i nie zależy ani od kształtu ciała zanurzonego w cieczy (w gazie), ani od rodzaju substancji, z której jest ono wykonane.

FW=dVg 𝑭 𝒘 – siła wyporu wyrażona w (N) d – gęstość wypartej cieczy lub gazu ( 𝒌𝒈 𝒎 𝟑 ) V – objętość wypartej cieczy lub gazu ( 𝒎 𝟑 ) g – przyspieszenie grawitacyjne ( 𝑵 𝒌𝒈 )

WARUNKI PŁYWANIA CIAŁ 1. Ciało pływa na powierzchni cieczy, gdy gęstość ciała jest mniejsza od gęstości cieczy. 2. Ciało tonie, gdy gęstość ciała jest większa od gęstości cieczy. 3. Ciało pływa na dowolnej głębokości, gdy gęstość ciała jest równa gęstości cieczy.

Wykorzystanie Prawa Archimedesa

BALONY – latające kule Balony unoszą się w powietrzu, ponieważ siła wyporu na nie działająca może być większa niż siła ciężkości. Jeśli chcemy aby balon się wznosił, musimy zwiększyć siłę wyporu (np. podgrzewając gaz w balonie), albo zmniejszyć siłę ciężkości (np. wyrzucając balast). Niestety, nie można balonem wznieść się dowolnie wysoko, ponieważ w górnych partiach atmosfery powietrze jest tak rzadkie (a więc i lekkie), że wyprodukowanie gazu od niego lżejszego staje się prawie niemożliwe.

PODSTAWOWE TYPY BALONÓW: zawierające gaz na stałe lżejszy od powietrza, czyli wodór lub hel, zawierające powietrze, które jest ogrzewane za pomocą palnika. Dzięki temu ogrzewaniu powietrze rozszerza się i staje się lżejsze. Najlżejszym gazem używanym w balonach jest wodór. Ma on jednak jedną ogromna wadę - bardzo łatwo go zapalić (wodór jest wręcz wybuchowy). Dlatego znacznie bezpieczniejszym gazem używanym do wypełniania powłoki balonu jest hel. Jest on całkowicie niepalny, jednak jest cięższy i dlatego trzeba użyć znacznie większego balonu helowego niż wodorowego, aby unieść ten sam ładunek.

STATKI NAWODNE Siła wyporu wody dla statków nawodnych jest zawsze większa od ich ciężaru całkowitego (własnego i ładunku). Wyporność statku to masa wody wypieranej przez statek zanurzony do konstrukcyjnej linii wodnicy, równa jego masie całkowitej przy określonym stanie załadowania. Mierzona w tonach jest jednym z podstawowych parametrów jednostek pływających. Dla statków towarowych używa się też nośność statku lub pojemność załadowcza statku.

ŁODZIE PODWODNE Statki te mają możliwość manewrowania siłą wyporu i siłą ciężkości, dzięki czemu są zdolne do samodzielnego zanurzenia i wynurzenia oraz kontrolowanego pływania pod wodą, a także do prowadzenia w tym środowisku walki oraz wykonywania zadań transportowych i rozpoznawczych. Pionier w konstrukcji nowoczesnych okrętów podwodnych John Holland

BATYSKAF Jest to mały samodzielny statek podwodny, służący głównie do badań głębin morskich, rzadziej do celów ratowniczych. Składa sie z kadłuba nośnego, wypełnionego płynem lżejszym od wody (jego wypuszczanie służy regulacji zanurzenia), oraz podwieszonej pod nim kulistej kabiny obserwacyjnej z iluminatorami. Pomimo rozmiarów mniejszych od okrętów podwodnych i lżejszej konstrukcji może poruszać się na dużo większych głębokościach. 1953 wynalazca batyskafu, Auguste Piccard z synem Jacques zeszli nim na głębokość 3150 m. 1960 J. Piccard i D. Walsh osiągnęli dno Rowu Mariańskiego - 10 899 m.

Nurkowanie Kontrola pływalności należy do tych umiejętności płetwonurka, od których zależy komfort i bezpieczeństwo wszystkich nurkowań. Jeżeli obie siły (wyporu i ciężkości) działające na nurka równoważą się, to nurek ma pływalność neutralną. W sytuacji, w której którakolwiek z nich jest większa, nurek albo opada, albo unosi się. Idealnie jest wtedy, kiedy kontroluje to, co się dzieje z jego położeniem i płynie zawsze tam gdzie chce (w dół, do przodu lub do tyłu, do góry).

doświadczenia

SPRAWDZENIE SŁUSZNOŚCI PRAWA ARCHIMEDESA Doświadczenie1 SPRAWDZENIE SŁUSZNOŚCI PRAWA ARCHIMEDESA Przyrządy: statyw, szkolny zestaw do prawa Archimedesa, dwie zlewki z wodą, siłomierz. Kolejne czynności: Na siłomierzu zawiesiliśmy wiaderko i walec, odczytaliśmy wskazanie siłomierza F1=2,2 N Zanurzyliśmy walec w wodzie i ponownie odczytaliśmy wskazanie siłomierza F2=1,2 N Następnie nalaliśmy do wiaderka wody i kolejny raz odczytaliśmy wskazanie siłomierza F3=2,2 N Wniosek: Wartość siły wyporu, która działała na walec, jest równa wartości ciężaru wody wypartej przez ten walec.

Doświadczenie 2 Od czego zależy siła wyporu? 1. Klocek o ciężarze F1=2 N zanurzyliśmy w wodzie. Po zanurzeniu ciężar klocka wynosił F2=1,4N. 2. Przygotowaliśmy roztwór cukru (300 ml wody i 50 g cukru). Po zanurzeniu ciężar klocka wynosił F3=1N.

Obliczenia Fw = F(w powietrzu) – F(w cieczy) Siła wyporu w wodzie Fw1=F1 - F2 = 2N-1,4N=0,6N Siła wyporu w roztworze cukru Fw2=F1 – F3 = 2N-1N=1,0N

Siła wyporu zależy od gęstości cieczy, w którym ciało jest zanurzone. Wnioski Siła wyporu zależy od gęstości cieczy, w którym ciało jest zanurzone. Im większa gęstość cieczy, tym większa siła wyporu działająca na ciało w niej zanurzone.

BADANIE WARUNKÓW PŁYWANIA CIAŁ Doświadczenie 4 BADANIE WARUNKÓW PŁYWANIA CIAŁ Potrzebne przedmioty: wysoka szklanka, woda mineralna gazowana, winogrono lub rodzynka. Kolejne czynności: - Do szklanki nalewamy wodę mineralną. - Do wody mineralnej wrzucamy winogrono (lub rodzynkę) i obserwujemy jego zachowanie przez 5 min Wynik: Początkowo winogrono tonie, następnie zostaje otoczona banieczkami gazu i wypływa na powierzchnię wody, gaz ulatnia się i winogrono znowu tonie.

Wniosek Zachowanie ciała zanurzonego w cieczy zależy od gęstości ciała i gęstości cieczy.

Doświadczenie 5 Czy siła wyporu zależy od kształtu zanurzonego ciała? Kulkę plasteliny o ciężarze F1= 1 N zanurzyliśmy w wodzie. Po zanurzeniu ciężar plasteliny wynosił F =0,6 N. Zmieniliśmy kształt plasteliny na walec. Ponownie zanurzyliśmy w wodzie. Po zanurzeniu ciężar plasteliny nie zmienił się i wynosił F =0,6 N. Teraz plastelinie nadaliśmy kształt sześcianu. Po zanurzeniu w wodzie ciężar plasteliny nie zmienił się i wynosił F =0,6 N.

Wartość siły wyporu nie zależy od kształtu ciała. wniosek Wartość siły wyporu nie zależy od kształtu ciała.

Doświadczenie 6 Obserwujemy balony Balon napełniony powietrzem i balon napełniony helem zostały uniesione na wysokość 2 metrów i wypuszczone z rąk. Wynik obserwacji: Balon napełniony powietrzem powoli opadał na podłogę, a napełniony helem unosił się ku górze. Wnioski: Balon z powietrzem opada, ponieważ wartość siły wyporu jest mniejsza niż siły ciężkości, a w przypadku balonu z helem siła wyporu jest większa niż siła ciężkości.

Symulacja siły wyporu w cieczach Doświadczenie 7 Symulacja siły wyporu w cieczach

Prezentację wykonała Międzyszkolna Grupa Projektowa Gimnazjum im. Stefana i Agatona Gillerów w Opatówku Gimnazjum im. Adama Mickiewicza w Drawsku Pomorskim

Źródła informacji http://www.nurkujmyrazem.pl/teoria-nurkowania http://www.zamkor.pl/serwis/fizyka/ „Świat fizyki cz. 2” (podręcznik dla gimnazjum) – pod redakcją B. Sagnowskiej wyd. ZamKor http://portalwiedzy.onet.pl/ www.wikipedia.org