Стальной шарик висит на нити привязанный к штативу шарик целиком погружен в воду затем стакан
Обновлено: 05.05.2024
1. Ученик изучает силу Архимеда, действующую на тела, полностью погруженные в жидкость. В его распоряжении имеются пять установок, состоящие из ёмкостей с различными жидкостями и сплошных шариков разного объема, сделанных из различных материалов. Какие две установки необходимо использовать ученику для того, чтобы на опыте обнаружить зависимость силы Архимеда от объёма тела?
Жидкость налитая в ёмкость
Материал из которого сделан шарик
2. Тело массой 0,3 кг подвешено к невесомому рычагу так, как показано на рисунке. Груз какой массы надо подвесить к третьей метке в правой части рычага для достижения равновесия?-------------- кг
3. Два одинаковых бруска толщиной 4 см каждый, связанные друг с другом, плавают в воде так, что уровень воды приходиться на границу между ними. Насколько увеличиться глубина погружения стопки брусков, если в неё добавить ещё три таких же бруска? ----см
4. Коромысло весов, к которому подвешены на нитях два тела, находится в равновесии. Массы тел 2 кг и 4 кг, а длина плеча d 1 =60 см. Чему равна длина плеча d 2 ? Коромысло и нити считать невесомыми. ----------см
5. Ученик изучает закон Архимеда , изменяя в опытах объем погруженного в жидкость тела и плотность жидкости. Какие два опыта он должен выбрать, чтобы обнаружить зависимость архимедовой силы от объёма погружённого тела? Запишите номера выбранных установок.
6. Сосновый брус объёмом 0,06 м 3 плавает в воде, погрузившись на 0,4 своего объёма. На брус действует выталкивающая сила, равная ------------Н
1. Однородный стержень АВ массой 100г покоиться, упираясь на стык дна и стенки банки концом В и опираясь на край банки в точке С. Модуль силы, с которой стержень давит на стенку сосуда в точке С, равен 0,5Н. Чему равен модуль горизонтальной составляющей силы, с которой стержень давит на сосуд в точке В, если модуль вертикальной составляющей этой силы равен 0,6Н? Трением пренебречь.---------Н
2. Груз массой 120 кг удерживают с помощью рычага, приложив к его концу вертикально направленную силу 300Н. Рычаг состоит из шарнира без трения и длинного однородного стержня массой 30 кг. Расстояние от оси шарнира до точки подвеса груза равно 1 м. Длина стержня равна----------м
3. Стальной шарик висит на нитке, привязанной к штативу. Затем под шарик поставили стакан с водой, и шарик оказался целиком в воде. Как изменились при этом сила натяжения нити и сила тяжести, действующая на шарик?
1) Увеличилась 2) уменьшилась 3) не изменилась
4. Определите объём воздушного шара, висящего неподвижно на высоте, где плотность воздуха равна 0,9 кг/ м 3 . Шар заполнен газом плотностью 0,8 кг/ м 3 . Масса оболочки шара равна 60 кг.-------------- м 3
5. Стальной шарик висит на нитке, привязанной к штативу. Шарик целиком погружён в керосин. Затем стакан с керосином заменили на стакан с водой, и шарик оказался целиком в воде. Как изменились при этом сила натяжения нити и сила Архимеда, действующая на шарик?
1)Увеличилась 2) уменьшилась 3) не изменилась
6. С использованием нити ученик зафиксировал рычаг. Масса подвешенного к рычагу груза равна 0,1 кг. Какова сила натяжения нити?
7. Два одинаковых бруска толщиной 5 см и массой 1 кг каждый, связанные друг с другом, плавают в воде так, что уровень воды приходиться на границу между ними. Из приведенного ниже списка выберите два правильных утверждения и укажите их номера.
1) Если воду заменить на керосин, то глубина погружения брусков уменьшиться.
2) сила Архимеда, действующая на бруски, равна 20Н.
3) Плотность материала, из которого изготовлены бруски, равна 500 кг/ м 3
4)Если на верхний брусок положить груз массой 0,7 кг, то бруски утонут
5) Если в стопку добавить ещё два таких же бруска, то глубина её погружения увеличится на 10 см.
1. Коромысло весов, к которому подвешены на нитях два тела, находится в равновесии. Во сколько раз нужно уменьшить плечо d 1 , чтобы после увеличения массы первого тела в 3 раза равновесие сохранилось? Коромысло и нити считать невесомыми.
2. Деревянный кубик с ребром 10 см плавает частично погруженный в воду. Его начинают медленно погружать, действуя силой, направленной вертикально вниз. В таблице приведены значения модуля силы, под действием которой кубик находиться в равновесии частично или полностью погруженный в воду. Погрешность измерения силы составила 0,1Н. Выберите два верных утверждения на основании данных, приведенных в таблице.
Сила Архимеда
Архимедова (выталкивающая) сила равна:
где— Объем жидкости погруженной части тела в жидкость
— Если тело находится полностью в жидкости, то объем жидкости
Задачи
Задача 1. Груз массой 3 кг, подвешенный на тонкой нити, целиком по-гружен в воду и не касается дна сосуда (рис. 1). Модуль силы натяжения нити 10 Н. Найдите объём груза (в литрах).
Решение. На груз в воде действуют сила тяжести (), архимедова сила (FA) и сила натяжения нити (Т). Ось OY направим вверх (рис. 2). Запишем второй закон Ньютона:
где — плотность воды, которую находим из таблицы «Плотность» (см. «Справочные данные»). Тогда
Задача 2. Предмет из алюминия объемом 100 см 3 подвесили к пружине и опустили в бензин. Определите силу натяжения пружины.
Решение. На тело в керосине действуют сила тяжести (), архимедова сила (FA) и сила упругости (Fупр) пружины. Ось OY направим вверх (рис. 3). Запишем второй закон Ньютона:
где — масса тела,
Задача 3. Стальной шарик висит на нити, привязанной к штативу. Шарик целиком погружен в керосин (рис. 4). Затем стакан с керосином заменили на стакан с водой, и шарик оказался целиком в воде (рис. 5). Как изменились при этом сила натяжения нити и сила Архимеда, действующая на шарик?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличилась; 2) уменьшилась; 3) не изменилась.
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| Сила натяжения нити | Сила Архимеда, действующая на шарик |
Решение. На тело в жидкости действуют сила тяжести (), архимедова сила (FA) и сила натяжения нити (T). Ось OY направим вверх (рис. 6). Запишем второй закон Ньютона:
Архимедова сила равна
Масса бруска m и его объем V не меняются, плотность жидкости ρж увеличивается (ρ1ж = 800 кг/м3 — плотность керосина, ρ2ж = 1000 кг/м3 — плотность воды, которые находим из таблицы «Плотность» (см. «Справочные данные»)).
Из уравнения (2) следует, что так как масса бруска m не меняется, а плотность жидкости ρж увеличивается, то сила натяжения нити уменьшается. Это соответствует изменению № 2.
Из уравнения (1) следует, что так как масса бруска m и его объем V не меняются, а плотность жидкости ρж увеличивается, то сила Архимеда так же увеличивается. Это соответствует изменению № 1.
Задача 4. К динамометру подвесили тело. Показания динамометра в воздухе 12 Н, в воде — 7 Н. Определите плотность тела.
Решение. Показания динамометра — это значение силы упругости Fупр его пружины. На тело в воздухе действуют сила тяжести () и сила упругости (Fупр1) (рис. 7, а). На тело в воде действуют сила тяжести (), архимедова сила (FA) и сила упругости (Fупр2) (рис. 7, б). Ось 0Y направим вверх. Запишем второй закон Ньютона для двух случаев:
где — объем тела, ρж = 1000 кг/м 3 — плотность воды, которую находим из таблицы «Плотность» (см. «Справочные данные»), ρ — плотность тела. Тогда
1.24 Закон Архимеда.
Сила Архимеда возникает из за разности давлений на разных глубинах.
Сила Архимеда находится по формуле: FА=ρgVт
Плавание тел: В жидкости (газе) на тело действуют две силы:
FА=ρжgVт - сила Архимеда
и сила тяжести Fт=mg=ρтgVт
формулы похожи, но отличие в плотностях ρж и ρт.
Если тело находится на поверхности жидкости то силы равны Fт=FА
Задание демонстрационного варианта ОГЭ 2019: К динамометру прикрепили цилиндр, как показано на рисунке 1. Затем цилиндр полностью погрузили в воду (рисунок 2).
Определите объём цилиндра.
Решение: Вес цилиндра в воздухе 8 Н, в воде вес 3 Н. Следовательно, в воде на цилиндр действует выталкивающая сила (сила Архимеда) 5 Н. выталкивающая сила находится по формуле FА=ρgVт, нам известно что плотность воды ρ=1000 кг/(м 3 ), выразим объем цилиндра
Vт=FА/(ρg)=5/(1000·10)=0,0005 м 3 = 500 см 3 . т.к. (1м 3 =1000000см 3 )
Ответ: 500
Задание фипи: На рычажных весах уравновешены два сплошных шара: медный и железный. Нарушится ли равновесие весов и если нарушится, то как, если шары опустить в воду? Ответ поясните.
Решение: Так как шары уравновешены на рычажных весах, следовательно их массы равны, при опускании в воду на шары начнет действовать сила Архимеда FА=ρжgVт,
m=ρV, так как плотность меди ρСu=8900 кг/м 3 больше чем плотность железа ρFe=7800кг/м 3 , значит объем медного шара меньше объема железного VСu Fe, следовательно на железный шар действует большая сила Архимеда.
Равновесие нарушится, медный шар опустится вниз.
Задание фипи: Стальной сплошной шарик на нити сначала погружают в сосуд с дистиллированной водой, а затем – в сосуд с морской водой. Как при этом изменяются выталкивающая сила, действующая на шарик со стороны жидкости, и сила упругости, действующая на шарик со стороны нити?
Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями.
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Выталкивающая сила, действующая на шарик со стороны жидкости
Сила упругости, действующая на шарик со стороны нити
Решение: Выталкивающая сила, действующая на шарик со стороны жидкости увеличится так как плотность морской воды больше. Сила упругости, действующая на шарик со стороны нити уменьшится так как выталкивающая сила направлена вверх против силы тяжести.
Ответ: 12
Задание фипи: Одинакова ли величина выталкивающей силы, действующей на кусок дерева объёмом 100 см3 и на кусок железа такого же объёма при их полном погружении в воду? Рассмотреть случай, когда ни железо, ни дерево не опущены на дно.
Решение: выталкивающая сила равна весу вытесненной жидкости, оба тела полностью погружены в жидкость, вытесняют одинаковый объем, значит и силы одинаковы. ( FА=ρжgVт зависит от плотности жидкости, жидкость одна и та же, объемы равны, тогда и силы равны)
Задание фипи: Льдинку, плавающую в стакане с пресной водой, перенесли в стакан с солёной водой. При этом архимедова сила, действующая на льдинку,
1) уменьшилась, так как плотность пресной воды меньше плотности солёной
2) уменьшилась, так как уменьшилась глубина погружения льдинки в воду
3) увеличилась, так как плотность солёной воды выше, чем плотность пресной воды
4) не изменилась, так как в обоих случаях выталкивающая сила уравновешивает силу тяжести, действующую на льдинку
Решение: посмотрите рисунок в теории, если тело находится на поверхности жидкости то силы равны Fт=FА
Ответ: 4
Задание огэ по физике фипи: Учитель на уроке последовательно опустил в три разные жидкости сплошной кубик изо льда и сырое яйцо (см. рисунок).
Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера. 1) Плотность яйца больше плотности льда.
2) В первом стакане может быть налита чистая вода.
3) Плотность жидкости в первом стакане наибольшая.
4) Плотность жидкости во втором и в третьем стаканах больше плотности льда.
5) Во всех трёх жидкостях сила тяжести, действующая на кубик изо льда, уравновешена выталкивающей силой.
Решение: 1) Плотность яйца больше плотности льда - правильно т.к. на втором рисунке видно, что яйцо тонет, а кусочек льда плавает
2) В первом стакане может быть налита чистая вода - неверно т.к. плотность льди меньше плотности воды, в воде лед должен плавать, а на рисунке он утонул.
3) Плотность жидкости в первом стакане наибольшая - неправильно т.к. оба тела утонули, значит у них плотность больше, а на других рисунках они плавают это говорить о том что плотность жидкостей в 2 и 3 стакане больше чем в 1.
4) Плотность жидкости во втором и в третьем стаканах больше плотности льда - правильно т.к. лед плавает.
5) Во всех трёх жидкостях сила тяжести, действующая на кубик изо льда, уравновешена выталкивающей силой - неправильно т.к. на первом рисунке лед утонул, значит сила тяжести больше выталкивающей силы
Ответ: 14
Задание огэ по физике фипи: Деревянный шарик помещают на дно стакана с водой. Шарик начинает всплывать. Что происходит с выталкивающей силой, действующей на шарик, пока он остаётся полностью погружённым в воду?
1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется
4) ответ зависит от плотности жидкости
Решение: Шарик полностью погружен в жидкость, вес вытесненной воды не изменяется, значит и выталкивающая сила не изменяется.
Ответ: 3
Задание огэ по физике 2016 Вес тела измеряют, подвесив его на динамометре. Вес тела в воздухе P1. Вес тела в воде P2. Чему равна действующая на тело в воде выталкивающая сила F?
1) F=P12) F=P 2 3) F=P 1+P2 4)F=P 1-P2
Решение: выталкивающая сила направленна вверх, вес тела вниз. В воздухе тело весит больше чем в воде, так как в воде на него действует сила Архимеда. Что бы найти выталкивающую силу надо из веса тела в воздухе вычесть вес тела в воде.
Ответ: 4
Подготовка ЕГЭ по физике задание №6
Задание 6. В результате перехода искусственного спутника Земли с одной круговой орбиты на другую его центростремительное ускорение увеличивается. Как изменяются в результате этого перехода скорость движения спутника по орбите и период его обращения вокруг Земли?
3) не изменяется
На спутник действует только сила притяжения земли
где M - масса земли; m - масса спутника; R - радиус орбиты. В соответствии со вторым законом Ньютона, можно записать:
где a – играет роль центростремительного ускорения. Отсюда видно, что при увеличении ускорения, радиус орбиты будет уменьшаться.
Теперь рассмотрим как изменится скорость движения спутника в зависимости от радиуса орбиты. Подставим вместо ускоренияТо есть, при уменьшении R, скорость спутника увеличивается.
Период обращения спутника вокруг Земли – это время, за которое спутник делает один оборот вокруг Земли. Если радиус орбиты уменьшается, а центростремительное ускорение возрастает, то скорость спутника увеличивается. Таким образом, спутник проходит меньшее расстояние с большей скоростью и его период уменьшается.
Задание 6. На шероховатой наклонной плоскости покоится деревянный брусок. Угол наклона плоскости уменьшили. Как изменились при этом сила трения покоя, действующая на брусок, и коэффициент трения бруска о плоскость? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
3) не изменилась
Так как брусок покоится на месте, то сила трения покоя уравновешивает силу соскальзывания бруска (тангенциальную силу). При уменьшении угла наклона тангенциальная сила уменьшается, следовательно, в соответствии с третьим законом Ньютона, сила трения покоя также уменьшается.
Коэффициент трения бруска о поверхность зависит только от материала соприкасающихся плоскостей и их площади, то есть он не изменится.
Задание 6. Камень брошен вверх под углом к горизонту. Сопротивление воздуха пренебрежимо мало. Как меняются модуль ускорения камня и его потенциальная энергия в поле тяжести при движении камня вверх?
Проекцию движения камня на ось Oy (вертикальную ось) можно записать в виде
Из этого выражения видно, что ускорение камня равно g – ускорению свободного падения, то есть не меняется.
Потенциальная энергия камня равна
и возрастает с увеличением высоты, то есть при движении вверх, потенциальная энергия увеличивается.
Задание 6. Массивный груз, подвешенный к потолку на пружине, совершает вертикальные свободные колебания. Пружина всё время остаётся растянутой. Как ведёт себя потенциальная энергия груза в поле тяжести и его скорость, когда груз движется вверх от положения равновесия?
Потенциальная энергия груза определяется выражением
где m – масса груза; h – высота груза над уровнем земли.
В задаче сказано, что пружина все время растянута и в этом состоянии груз движется вверх. Из формулы видно, что высота груза h увеличивается, следовательно, будет увеличиваться и потенциальная энергия груза. Скорость v тела будет уменьшаться, так как груз движется против силы тяжести и постепенно останавливается.
Задание 6. Груз изображённого на рисунке пружинного маятника совершает свободные гармонические колебания между точками 1 и 3. Как меняется скорость груза и жёсткость пружины при движении груза маятника от точки 1 к точке 2?
Так как колебания совершаются между точками 1-3, то в точке 1 груз имеет нулевую скорость, а в точке 2 скорость достигает максимального значения, то есть она увеличивается. Жесткость пружины зависит от физических свойств самой пружины и является константной (неизменной) величиной.
Задание 6. В результате торможения в верхних слоях атмосферы высота полёта искусственного спутника над Землёй уменьшилась с 400 до 300 км. Как изменились в результате этого скорость спутника и его центростремительное ускорение?
Согласно закону всемирного тяготения, спутник будет притягиваться к Земле с силой
где m – масса спутника; M – масса Земли; R – радиус орбиты спутника. По второму закону Ньютона можно записать, что
Из этой формулы видно, что при уменьшении радиуса орбиты R скорость спутника v и его центростремительное ускорение возрастает.
адание 6. В результате перехода спутника Земли с одной круговой орбиты на другую его центростремительное ускорение уменьшается. Как изменяются в результате этого перехода потенциальная энергия спутника в поле силы тяжести Земли и скорость его движения по орбите?
Спутник Земли массой m и Земля массой M притягиваются друг к другу на расстоянии R с силой всемирного тяготения
В силу второго закона Ньютона данную силу также можно представить в виде
откуда радиус орбиты
Из последней формулы видно, что при уменьшении центростремительного ускорения радиус орбиты R спутника увеличивается. Найдем как будет меняться потенциальная энергия спутника и скорость его движения по орбите.
Центростремительное ускорение можно записать кака его потенциальная энергия определяется как гравитационная энергия, обусловленная взаимным притяжением спутника и Земли:
Последние две формулы показывают, что при увеличении R скорость спутника уменьшается, а потенциальная энергия увеличивается (обратите внимание на знак «-» перед формулой потенциальной энергии спутника).
Задание 6. Массивный груз, подвешенный к потолку на пружине, совершает вертикальные свободные колебания. Пружина всё время остаётся растянутой. Как ведёт себя потенциальная энергия пружины и скорость груза, когда груз движется вниз от положения равновесия?
Положение равновесия – это положение с максимальной скоростью при колебательном движении груза. Следовательно, при движении от положения равновесия вниз, скорость груза уменьшается.
Потенциальная энергия пружины пропорциональна деформации пружины и, двигаясь вниз, пружина растягивается и ее потенциальная энергия увеличивается.
Задание 6. На тело массой m, поступательно движущееся в инерциальной системе отсчёта, действует постоянная равнодействующая сила F в течение времени ∆t. Если действующая на тело сила увеличится, то как изменятся модуль импульса силы и модуль изменения импульса тела в течение того же промежутка времени ∆t?
При увеличении силы F=ma ускорение тела также будет увеличиваться. Модуль изменения импульса тела , большим чем ранее, а величина пропорциональна ускорению.
Задание 6. На тело массой m, поступательно движущееся в инерциальной системе отсчёта, действует постоянная равнодействующая сила F в течение времени ∆t. Если действующая на тело сила уменьшится, то как изменятся модуль импульса силы и модуль ускорения тела в течение того же промежутка времени ∆t? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
При уменьшении силы F=ma, ускорение телаЗадание 6. Шарик, брошенный горизонтально с высоты Н с начальной скоростью v0, за время t пролетел в горизонтальном направлении расстояние L (см. рисунок). Что произойдёт со временем и дальностью полёта, если на этой же установке увеличить начальную скорость шарика в 2 раза? Сопротивлением воздуха пренебречь. Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:
Время полета шарика будет равно времени его падения с высоты H, так как начальная вертикальная скорость равна нулю. Поэтому, меняя начальную горизонтальную скорость шарика в 2 раза, время полета останется прежним.
При увеличении скорости в 2 раза и том же времени полета, длина L=vt увеличится вдвое.
Задание 6. Стальной шарик висит на нитке, привязанной к штативу. Шарик целиком погружён в керосин (рис. 1). Затем стакан с керосином заменили на стакан с водой, и шарик оказался целиком в воде (рис. 2). Как изменились при этом сила натяжения нити и сила Архимеда, действующая на шарик?
Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:
Сила натяжения нити по модулю равна результирующей силе, действующей на шарик. На шарик действует сила тяжести mg и выталкивающая сила Архимеда , направленная в противоположную сторону, то есть результирующая сила, а значит, и натяжение нити равны:
где V – объем погруженного тела в жидкость; - плотность жидкости. Так как плотность керосина равна кг/м3, а плотность воды кг/м3, то выталкивающая сила Архимеда в случае воды выше, чем при керосине. Следовательно, натяжение нити при замене керосина водой, уменьшится, а сила Архимеда увеличится.
Задание 6. В школьной лаборатории изучают свободные колебания пружинного маятника при различных значениях массы маятника. Как изменятся период его свободных колебаний и период изменения его потенциальной энергии, если увеличить массу маятника, не изменяя жёсткость пружины? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Период свободных колебаний пружинного маятника массой m и жесткостью пружины k равен . Следовательно, при увеличении массы тела m период колебаний увеличится.
Потенциальная энергия пружинного маятника определяется как , где x – величина деформации пружины. Легко понять, что при увеличении массы маятника растяжение пружины x увеличится, следовательно, увеличится и период изменения потенциальной энергии пружины.
Задание 6. С вершины наклонной плоскости из состояния покоя скользит с ускорением лёгкая коробочка, в которой находится груз массой m (см. рисунок). Как изменятся время движения по наклонной плоскости и модуль работы силы тяжести, если с той же наклонной плоскости будет скользить та же коробочка с грузом массой m/2?
В наклонной плоскости сила тяжести коробочки, создаваемая коробочкой, равна
и противоположна ей сила трения, равная
Равнодействующая сил, действующая на коробочку в наклонной плоскости:
откуда ускорение коробочки
Время, за которое коробочка пройдет по наклонной плоскости, можно найти из формулы
где S – длина наклонной плоскости.
Работа силы тяжести есть величина
Таким образом, при уменьшении массы груза m время движения коробочки по наклонной плоскости останется прежним, а работа силы тяжести уменьшится.
Задание 6. На поверхности воды плавает сплошной деревянный брусок. Как изменятся глубина погружения бруска и сила Архимеда, действующая на брусок, если его заменить сплошным бруском той же плотности и высоты, но большей массы? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Если брусок имеет ту же плотность и высоту, то увеличение массы может осуществляться только за счет увеличения его площади основания, а глубина погружения его в воду останется прежней.
Сила Архимеда определяется как , где V – объем погруженной части тела в воду. Так как этот объем увеличивается (увеличилась площадь бруска), то и сила Архимеда возрастет. Этот же вывод можно сделать на том основании, что сила Архимеда должна компенсировать силу тяжести бруска и так как его масса возрастает, то и сила тяжести mg также возрастет.
Читайте также: