Číslo šablony III/2 Číslo materiálu VY_32_INOVACE_F.5.15 Autor Mgr. Jiří Neuman Vytvořeno 8.2.2013 Předmět, ročník Fyzika, 1. ročník Tematický celek Fyzika 1. Téma Archimédův zákon Druh učebního materiálu Prezentace Anotace (metodický pokyn, časová náročnost, další pomůcky ) Prezentace určená jak pro celou třídu, jako doplněk k výkladu, tak jako e-learningový materiál umístěný na stránkách školy pro samostudium žáků. Časová náročnost 30-45 minut. Zapotřebí počítač s připojením na internet a projektor. Dále různý materiál k reálným ukázkám dle pokusů. Pokud není uvedené jinak, je použitý materiál z vlastních zdrojů
Archimédův zákon
Vztlaková síla v kapalinách a v plynech tělesa ponořená v kapalině jsou lehčí než ve vzduchu příčinou je síla, která působí na každé těleso v kapalině směrem svislým vzhůru, čímž ho nadlehčuje
Pokus 1 na siloměr zavěsíme menší kámen a určíme jeho tíhu G ponoříme kámen do vody a znovu odečteme údaj na siloměru F F < G Fvz = G -F
Archimédův zákon Těleso zcela ponořené do kapaliny je nadlehčováno vztlakovou silou, jejíž velikost se rovná tíze kapaliny stejného objemu, jako je objem ponořeného tělesa. platí i pro nadlehčování těles v plynu je F vz v plynech menší vzhledem k hustotě plynů
Důsledky Archimedova zákona: chování těles v kapalině: na těleso v kapalině působí dvě síly tíhová a vztlaková, dle velikosti jednotlivých těchto sil můžeme určit vlastnosti tělesa i tekutiny (plynu) F G = ρ TgV F VZ = ρ gv - průměrná hustota tělesa ρt ρ- hustota kapaliny V objem ponořeného tělesa
Pokus 2 do kapaliny ponořujeme postupně několik těles těleso s menší hustotou ρ stoupá vzhůru, až se částečně vynoří těleso se stejnou hustotou ρ těleso se v kapalině vznáší těleso s větší hustotou ρ klesá ke dnu
Pokus 3 na konce vahadel rovnoramenných vah zavěste dvě tělesa o stejných hmotnostech a objemech, tělesa ponořte do kádinek s vodou, jedno těleso ponořte do vody, druhé do lihu, jedno těleso z oceli a druhé z hliníku ponořte do vody ( procvičení Archimédova zákona)
Pokus 3
Pokus 4 korek a hřebík vložte do skleněné nádoby naplněné vodou, poté hřebík zabodněte do korku a pokus opakujte - plování, potápění a vznášení se těles v kapalině
Pokus 4
Pokus 5 vyrobte tzv. karteziánek PET láhev, zkumavka, zátka, kapalina (vysvětlete princip fungování karteziánku) - plování, potápění a vznášení se těles v kapalině
Pokus 5 Zkumavku naúplníme z části vodou a ucpeme zátkou. Dáme do PET lahve naplněné vodou, kterou zavřeme. Pokud lahev zmáčkeme, zkumavka vystoupá výše.
Pokus 6 vyrobte z brčka a kuličky z plastelíny hustoměr ( plování, potápění a vznášení se těles v kapalině)
Pokus 6
Pokus 7 plastelínu vytvarujte do kuličky a volně pusťte do kádinky s vodou, z plastelíny vytvarujte mističku a umístěte na hladinu vody v kádince plování nestejnorodých těles
Pokus 7
Příklad 1 Jaká část objemu ledové kry vyčnívá nad volný povrch vody, jestliže hustota ρ = 900 kg * m -3 a hustota vody ρ = 1 000 kg * m -3? Řešení: V objem ponořené části tělesa F G = F vz F vz = ρgv V- V = 1/10Vρ nad hladinou je 1/10 objemu tělesa
Příklad 2 Jak velkou vztlakovou silou je ve vodě nadlehčováno těleso o objemu 5 dm 3? Řešení: 500 * 10 * 0,01 = 50 N
Příklad z fyzikální olympiády FO48EF12_DK: Polárníci budou zachráněni Ledová kra o rozměrech 15 m x 12 m a o tloušťce 120 cm má hustotu 910 kg/m3, hustota okolní mořské vody je 1030 kg/m3. Na kře jsou tři polárníci s vybavením, což dohromady představuje hmotnost 1,50 tuny. Při záchranné akci přistál na kře přesně uprostřed vrtulník BK117-B2 o hmotnosti 1800 kg, aby polárníky přesunul na záchrannou loď.
a) Jaká část kry je ponořena pod hladinu, když na ní jsou zpočátku polárníci s výbavou? Hustota kry 910 kg/m3 Hustota vody 1030 kg/m3 Objem kry 15 * 12 * 1,2 = 216 m 3 Hmotnost kry: 216 * 910 = 196560 kg Hmotnost celková: 196560+1500 = 198060 kg Síla vztlaková musí být v rovnováze se silami gravitačními na kru i polárníky. Obsah kry * výška ponoření * hustota vody * gravitační konstanta = (hmotnost kry + polárníků) * gravitační konstanta 15 * 12 * h * 10 * 1030 = 198060 * 10 H = 198360 / (12 * 15 * 1030) H = 1,068 m 1,068/1,2 = 0,89 Výška ponořené kry je 1,068 m, 89%
b) Nejsou polárníci ohroženi přistáním vrtulníku na tuto kru? 15 * 12 * h * 10 * 1030 = (198060 + hmotnost vrtulníku )* 10 15 * 12 * h * 10 * 1030 = (198060 + 1800)* 10 15 * 12 * h * 1030 = (198060 + 1800) H = 1.078 m < 1,2 m Vrtulník polárníky neohrozí
c) Jaké zatížení by kra unesla, aniž by se ponořil její povrch pod hladinu? Výška ponoření musí být menší než výška kry h menší než 1,2 m 15 * 12 * 1,2 * 10 * 1030 = x * 10 2224800 / 10 = x 222480 kg = x Nosná hmotnost hmotnost kry 222480 196560 = 25920 kg Kra unese méně než 25 920 kg, než se ponoří.
Odkazy video ČT Rande s fyzikou http://www.ceskatelevize.cz/porady/10319921345-rande-sfyzikou/211563230150012-tlak-v-tekutinach-a-archimeduv-zakon/ Archimedův zákon Šimek a Grossman http://www.youtube.com/watch?v=p4b0vlpsvja Ponorka http://www.youtube.com/watch?v=byzi1ln9p7o Archimedův zákon v sypkých materiálech http://www.youtube.com/watch?v=pmngygn_xpk Karteziánek http://www.youtube.com/watch?v=3ykyeqcklms