VY_52_INOVACE_2NOV47 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 těleso ponořené do kapaliny je nadnášeno vztlakovou silou a že velikost této vztlakové síly nezávisí na hmotnosti tělesa. Laboratorní práce odpovídá jedné vyučovací hodině. Žáci pracují ve skupinách po dvou. 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 siloměry vhodných rozsahů, sada čtyř těles tvaru shodných válců s háčkem ze sady pro žákovské pokusy z mechaniky, vyrobených z různých látek, kádinka. Nejprve si žáci v části zvané příprava připomenou znění Archimedova zákona a vzorec pro výpočet vztlakové síly, který z něj vyplývá. Poté změří siloměrem velikost vztlakové síly působící po ponoření do vody na čtyři tělesa shodných rozměrů vyrobená z různých materiálů. Z měření vyplyne, že velikosti vztlakových sil jsou shodné u všech těles a že tedy velikost vztlakové síly nezávisí na hmotnosti tělesa. Po změření objemu těles vypočítají vztlakovou sílu podle Archimedova zákona a porovnají ji s naměřenými hodnotami. Pracovní postup: Do kádinky nalejte vodu v dostatečném množství, aby válcová tělesa šla zcela ponořit pod hladinu a nedotýkala se dna kádinky. Pak postupně zavěšujte jednotlivá závaží na siloměr a zaznamenejte sílu naměřenou nejprve, je-li těleso obklopeno vzduchem, a poté, je-li těleso zcela ponořeno pod hladinu vody v kádince. Naměřené síly zaznamenejte do tabulky a pro každé těleso vypočítejte velikost vztlakové síly jako rozdíl těchto dvou hodnot. Poté změřte objem jednoho z těles pomocí odměrného válce (všechna tělesa mají shodný tvar a rozměry a tedy i stejný objem). Z naměřeného objemu vypočítejte podle Archimedova zákona velikost vztlakové síly. Na závěr porovnejte velikosti vztlakových sil působících na jednotlivá tělesa mezi sebou navzájem i s hodnotou vypočítanou podle Archimedova zákona. Veškerý obsah materiálu je vlastní tvorbou autora.
LABORATORNÍ PRÁCE Jméno: Třída: Škola: Datum: ZŠ Schulzovy sady Zadání: Příprava: Změřte velikost vztlakové síly, která působí na těleso ponořené v kapalině. Porovnejte tuto naměřenou hodnotu s hodnotou vypočtenou podle Archimedova zákona. Porovnejte velikosti vztlakových sil působících na tělesa shodných rozměrů vyrobená z různých látek. Archimedův zákon: Vztah pro výpočet velikosti vztlakové síly: Pomůcky: Siloměr, odměrný válec, kádinka, čtyři tělesa shodných rozměrů vyrobená z různých látek. Provedení: Chceme-li změřit velikost vztlakové síly, zavěsíme těleso pomocí nitě na siloměr. Poté změříme velikost tíhové síly F G, která na těleso působí, není-li ponořeno, a velikost výslednice sil F, která působí na ponořené těleso. Protože pro tuto výslednici sil platí F = F G F vz, získáme velikost vztlakové síly jako rozdíl F vz = F G F Chceme-li vypočítat velikost vztlakové síly pomocí Archimedova zákona, musíme určit objem tělesa V (měřením odměrným válcem nebo výpočtem z jeho rozměrů) a hustotu použité kapaliny (z Tabulek). Měření pomocí siloměru postupně provedeme u čtyř různých těles (plastového, hliníkového, ocelového a mosazného), která mají shodný tvar, rozměry i objem.
Naměřené hodnoty: F G / N F / N F vz / N Plastové těleso Hliníkové těleso Ocelové těleso Mosazné těleso Objem tělesa V =. Vypočtené hodnoty: Hustota kapaliny podle Tabulek ρ =. Vypočtená velikost vztlakové síly F vz = Závěr:................
LABORATORNÍ PRÁCE Jméno: Třída: Škola: Datum: ZŠ Schulzovy sady Zadání: Příprava: Změřte velikost vztlakové síly, která působí na těleso ponořené v kapalině. Porovnejte tuto naměřenou hodnotu s hodnotou vypočtenou podle Archimedova zákona. Porovnejte velikosti vztlakových sil působících na tělesa shodných rozměrů vyrobená z různých látek. Archimedův zákon: Na těleso ponořené do kapaliny působí směrem svisle vzhůru vztlaková síla, jejíž velikost je rovna velikosti tíhové síly, která by působila na kapalinu o stejném objemu, jako má ponořená část tělesa. Vztah pro výpočet velikosti vztlakové síly: F vz = V. ρ k. g Pomůcky: Siloměr, odměrný válec, kádinka, čtyři tělesa shodných rozměrů vyrobená z různých látek. Provedení: Chceme-li změřit velikost vztlakové síly, zavěsíme těleso pomocí nitě na siloměr. Poté změříme velikost tíhové síly F G, která na těleso působí, není-li ponořeno, a velikost výslednice sil F, která působí na ponořené těleso. Protože pro tuto výslednici sil platí F = F G F vz, získáme velikost vztlakové síly jako rozdíl F vz = F G F Chceme-li vypočítat velikost vztlakové síly pomocí Archimedova zákona, musíme určit objem tělesa V (měřením odměrným válcem nebo výpočtem z jeho rozměrů) a hustotu použité kapaliny (z Tabulek). Měření pomocí siloměru postupně provedeme u čtyř různých těles (plastového, hliníkového, ocelového a mosazného), která mají shodný tvar, rozměry i objem.
Naměřené hodnoty: F G / N F / N F vz / N Plastové těleso 0,27 0,09 0,18 Hliníkové těleso 0,45 0,28 0,17 Ocelové těleso 1,22 1,04 0,18 Mosazné těleso 1,36 1,17 0,19 Objem tělesa V = 18 ml = 0,000 018 m 3 Vypočtené hodnoty: Hustota kapaliny podle Tabulek ρ = 998 Vypočtená velikost vztlakové síly F vz = 0,18 N Závěr: Měření prokázalo, že velikost vztlakové síly nezávisí na hmotnosti tělesa. Na všechna tělesa působila přibližně stejně velká vztlaková síla. Naměřené hodnoty se, až na odchylky, měření shodovaly s hodnotou vypočtenou podle Archimedova zákona.