VY_52_INOVACE_2NOV45 Autor: Mgr. Jakub Novák Datum: 10. 9. 2012 Ročník: 7. Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Fyzika Tematický okruh: Mechanické vlastnosti kapalin Téma: Vztlaková síla Metodický list: Žáci se seznámí s praktickými důsledky Archimédova zákona. Měřením ověří, že díky vztlakové síle působící na ponořené těleso se toto jeví zdánlivě lehčím. Procvičí si také práci s rovnoramennými váhami Laboratorní práce odpovídá jedné vyučovací hodině (pokud ovšem žáci pracují s rovnoramennými váhami poprvé, je lépe pracovat ve dvou vyučovacích hodinách a první z nich věnovat nácviku práce s nimi). Žáci pracují ve skupinách po dvou až po třech. Výuka probíhá frontálně za dodržení všech bezpečnostních zásad podle přiloženého pracovního postupu. Žáci průběžně s pomocí vyučujícího vyplňují přiložený pracovní list, který odevzdají ke kontrole na konci hodiny. Správné řešení je uvedeno v přiložené kopii pracovního listu červenou barvou. Pomůcky tvoří rovnoramenné váhy, sada závaží, kádinka, podložka pod kádinku (viz foto), nit k zavěšení tělesa a samotné těleso, které budeme potápět do kapaliny (nesmí plavat na hladině a musí být opatřeno háčkem nebo očkem k zavěšení – nejlépe se osvědčila kovová závaží v podobě válečku s háčkem ze sady pro žákovské pokusy z mechaniky). Pracovní postup: Nejprve ustavte rovnoramenné váhy do vodorovné polohy prostřednictvím stavitelných nožek a pomocí drobných tělísek (například korálků) vyvažte prázdné váhy. Pak na jednu misku vah umístěte zkoumané těleso a na druhou misku klaďte závaží, dokud nedosáhnete rovnováhy (závaží klademe od nejtěžších k nejlehčím podle algoritmu: je-li miska se závažími těžší, poslední přidané závaží odstraníme a nahradíme jej nejbližším lehčím, je-li miska se závažími lehčí, závaží ponecháme a pokračujeme přidáním nejbližšího lehčího). Součet hmotnosti všech závaží na misce vah je roven hmotnosti tělesa. Poté zvažte těleso ponořené v kapalině. Nad jednu misku vah umístěte speciální podložku, na kterou postavte kádinku s vodou. Těleso zavěste přímo na rameno vah (některé váhy jsou v tomto místě vybaveny háčkem) tak, aby bylo zcela ponořeno v kapalině, ale nedotýkalo se dna ani stěn kádinky. Vážení proveďte podle stejného postupu jako předchozí. Naměřená hmotnost bude nižší, než při předchozím vážení. (Pozor! Vyučující musí žákům vysvětlit, že hmotnost tělesa se ve skutečnosti nezměnila, pouze váhy naměřili nesprávnou hodnotu!) Rozdíl obou hmotností představuje hmotnost kapaliny o stejném objemu, jako má ponořené těleso. Podle Archimédova zákona je vztlaková síla rovna tíhové síle působící na tento rozdíl hmotností.
Fotografie podložky pod kádinku:
Veškerý obsah materiálu je vlastní tvorbou autora.
…….…….
LABORATORNÍ PRÁCE
Jméno: ………………………………………… Třída:
…………………………………………
Škola:
ZŠ Schulzovy sady
Datum: …………………………………………
Zadání:
Pomocí rovnoramenných vah změřte hmotnost tělesa a velikost vztlakové síly, která na něj působí po ponoření do kapaliny.
Příprava: Zapiš slovní znění Archimedova zákona: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. Rovnoramenné váhy neměří přímo hmotnost tělesa, ale výslednici tíhové a vztlakové síly působící na těleso. Zatímco ve vzduchu je velikost vztlakové síly tak malá, že ji můžeme zanedbat, pokud je těleso ponořeno v kapalině, projeví se vztlaková síla snížením naměřené hmotnosti. Porovnáme-li tedy hmotnosti naměřené váhami v případě tělesa ve vzduchu a tělesa ponořeného v kapalině, zjistíme, že hmotnost naměřená v kapalině je menší. (Pozor: hmotnost tělesa se ve skutečnosti nezmění, pouze váhy naměří nesprávnou hodnotu.) Jejich rozdíl je způsoben vztlakovou silou a podle Archimedova zákona je roven hmotnosti kapaliny tělesem vytlačené.
Pomůcky: …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ..............................................................................................................................
Provedení:
Obvyklým způsobem změříme hmotnost m tělesa ve vzduchu. Poté nad jednu misku vah umístíme speciální podložku, na kterou postavíme kádinku s vodou. Těleso v tomto případě zavěsíme pomocí nitě přímo na rameno vah. Takto změříme hmotnost m‘ tělesa ponořeného ve vodě. Rozdíl těchto hmotností mk = m – m‘ odpovídá podle Archimedova zákona hmotnosti kapaliny tělesem vytlačené. Velikost vztlakové síly Fvz je rovna tíhové síle působící na tuto vytlačenou kapalinu, tedy: Fvz = mk . g
, kde g je tíhové zrychlení.
Naměřené a vypočtené hodnoty:
Závěr:
Hmotnost tělesa ve vzduchu
m = ……………………………
Hmotnost tělesa v kapalině
m‘ = …………………………..
Rozdíl hmotností
mk = …………………………..
Vztlaková síla
Fvz = ……………………………
……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………
…….…….
LABORATORNÍ PRÁCE
Jméno: ………………………………………… Třída:
…………………………………………
Škola:
ZŠ Schulzovy sady
Datum: …………………………………………
Zadání:
Pomocí rovnoramenných vah změřte hmotnost tělesa a velikost vztlakové síly, která na něj působí po ponoření do kapaliny.
Příprava: Zapiš slovní znění Archimedova zákona: Na těleso ponořené v kapalině působí směrem svisle vzhůru vztlaková síla. Její velikost je rovna velikosti tíhové síly působící na kapalinu o stejném objemu, jako má ponořená část tělesa. ………………………………………………………………………. Rovnoramenné váhy neměří přímo hmotnost tělesa, ale výslednici tíhové a vztlakové síly působící na těleso. Zatímco ve vzduchu je velikost vztlakové síly tak malá, že ji můžeme zanedbat, pokud je těleso ponořeno v kapalině, projeví se vztlaková síla snížením naměřené hmotnosti. Porovnáme-li tedy hmotnosti naměřené váhami v případě tělesa ve vzduchu a tělesa ponořeného v kapalině, zjistíme, že hmotnost naměřená v kapalině je menší. (Pozor: hmotnost tělesa se ve skutečnosti nezmění, pouze váhy naměří nesprávnou hodnotu.) Jejich rozdíl je způsoben vztlakovou silou a podle Archimedova zákona je roven hmotnosti kapaliny tělesem vytlačené.
Pomůcky: Rovnoramenné váhy, sada závaží, kádinka, podložka pod kádinku, nit na zavěšení tělesa, kovové těleso opatřené háčkem.
Provedení:
Obvyklým způsobem změříme hmotnost m tělesa ve vzduchu. Poté nad jednu misku vah umístíme speciální podložku, na kterou postavíme kádinku s vodou. Těleso v tomto případě zavěsíme pomocí nitě přímo na rameno vah. Takto změříme hmotnost m‘ tělesa ponořeného ve vodě. Rozdíl těchto hmotností mk = m – m‘ odpovídá podle Archimedova zákona hmotnosti kapaliny tělesem vytlačené. Velikost vztlakové síly Fvz je rovna tíhové síle působící na tuto vytlačenou kapalinu, tedy: Fvz = mk . g
, kde g je tíhové zrychlení.
Naměřené a vypočtené hodnoty:
Hmotnost tělesa ve vzduchu
m = 132 g
Hmotnost tělesa v kapalině
m‘ = 117 g
Rozdíl hmotností
mk = 132 g – 117 g = 15 g = 0,015 kg
Vztlaková síla
Fvz = 0,015 g . 10 N/kg = 0,15 N
Závěr: Vážení rovnoramennými váhami potvrdilo, že těleso je ve vodě nadnášeno vztlakovou silou, což se projeví rozdílnými hmotnostmi naměřenými ve vzduchu a ve vodě. Rozdíl těchto hmotností určil velikost vztlakové síly na 0,15 N.
