Πρόβλεψη ΑΝΩΣΗ ΑΡΧΗ ΤΟΥ ΑΡΧΙΜΗ Η Φύλλο εργασίας 1). Παίρνουµε µια πέτρα (όχι πολύ µεγάλη) από το δρόµο. Στο σπίτι µας γεµίζουµε ένα κουβά µε νερό. Αρχικά κρατάµε τη πέτρα µε το χέρι µας. Στη συνέχεια βουτάµε το χέρι µας µε τη πέτρα µέσα στο κουβά µε το νερό. Η δύναµη που πρέπει να ασκήσουµε µε το χέρι µας στη πέτρα για να την κρατήσουµε όταν βρίσκεται µέσα στο νερό, σε σχέση µε τη δύναµη που πρέπει να ασκήσουµε µε το χέρι µας στη πέτρα για να την κρατήσουµε όταν βρίσκεται έξω από το νερό είναι: Α) Μικρότερη Β) Μεγαλύτερη Γ) Ίδια ικαιολογήστε την απάντησή σας. 2). Παίρνουµε ένα άδειο πλαστικό µπουκάλι νερού. Κλείνουµε καλά το καπάκι. Κρατώντας κατακόρυφα το µπουκάλι από το στόµιο µε το ένα χέρι µας αρχίζουµε να το βυθίζουµε στον κουβά µε το νερό. Όσο τον βυθίζουµε, πρέπει να ασκούµε µε το χέρι µας µεγαλύτερη ή µικρότερη δύναµη, έως καταφέρουµε να τον βυθίσουµε ολόκληρο στο νερό; Α) Μεγαλύτερη δύναµη Β) Μικρότερη δύναµη ικαιολογήστε την απάντησή σας. 1/7
Πειραµατική διαδικασία Απαιτούµενα όργανα και υλικά 1. Συσκευή του Αρχιµήδη 2. υναµόµετρο 2Ν έως 5Ν 3. Ορθοστάτης 4. ύο µεταλλικές ράβδοι 5. Σύνδεσµος 6. Υδροβολέας 7. Μικρή λεκάνη ή δοχείο ζέσεως Προετοιµασία Συναρµολογήστε τη διάταξη που βλέπετε στη διπλανή εικόνα. Γεµίστε το δοχείο ζέσεως µε νερό καθώς και τον υδροβολέα. Ελέγξτε ότι το δυναµόµετρό είναι σωστά ρυθµισµένο και όταν δεν έχει αναρτηµένο σώµα η ένδειξη του είναι µηδέν. 1η ραστηριότητα 1. Στη συσκευή του Αρχιµήδη ο κύλινδρος ταιριάζει ακριβώς στο δοχείο; Α) ΝΑΙ Β) ΟΧΙ 2. Αναρτήστε από το ελεύθερο άκρο του δυναµοµέτρου το δοχείο και τον κύλινδρο της συσκευής του Αρχιµήδη (ο κύλινδρος τοποθετηµένος µέσα στο δοχείο της συσκευής) και σηµειώστε την ένδειξη του δυναµοµέτρου 1 η Ένδειξη δυναµοµέτρου = Ν 2/7
Στη συσκευή ασκούνται δύο δυνάµεις: Η δύναµη που ασκεί το... (Fδ) και το βάρος (Wσ). Εφάρµοσε τη συνθήκη ισορροπίας για τη συσκευή. Εποµένως Wσ = Ν. Στο σχήµα που ακολουθεί σχεδιάστε τις δυνάµεις που ασκούνται στη συσκευή του Αρχιµήδη. υναµόµετρο Συσκευή του Αρχιµήδη Άρα Βάρος συσκευής (Wσ) = Ν 3. Αφαιρέστε προσεκτικά τον κύλινδρο από το δοχείο της συσκευής του Αρχιµήδη. Κρεµάστε τον κύλινδρο κάτω από το δοχείο και αναρτήστε και τα δύο από το δυναµόµετρο, όπως φαίνεται στο σχήµα. Τοποθετείστε το δοχείο ζέσης µε το νερό κάτω από τη συσκευή του Αρχιµήδη. Ρυθµίστε το ύψος της διάταξης ώστε ο κύλινδρος της συσκευής να είναι µέσα στο νερό και να σκεπάζεται τελείως (να βρίσκεται µόνο τµήµα του κρίκου του, από τον οποίο κρεµιέται από το δοχείο, έξω από το νερό) Μπορείτε να κρεµάσετε τον κύλινδρο από το δοχείο µε τη βοήθεια σπάγκου, έτσι ώστε να είναι πιο εύκολο να σκεπαστεί τελείως µε νερό. Αν δυσκολεύεστε ζητήστε βοήθεια από τον καθηγητή σας. 2 η Ένδειξη δυναµοµέτρου (Fδ) = Ν 4. Η δεύτερη ένδειξη του δυναµοµέτρου είναι... από το βάρος της συσκευής, άρα το νερό... δύναµη στον κύλινδρο µε κατεύθυνση προς τα... Η δύναµη αυτή ονοµάζεται άνωση (Α) και εφαρµόζοντας τη νέα συνθήκη ισορροπίας για τη συσκευή Fδ + =... καταλήγουµε ότι το µέτρο της δίνεται από τη σχέση: Α =... - 3/7
Στο σχήµα που ακολουθεί σχεδιάστε όλες τις δυνάµεις που ασκούνται τώρα στη συσκευή του Αρχιµήδη. Άρα υναµόµετρο Άνωση (Α) = Ν Συσκευή του Αρχιµήδη οχείο ζέσεως µε νερό 5. Χωρίς να µετακινήστε τη συσκευή, χρησιµοποιώντας τον υδροβολέα, γεµίστε µε νερό το δοχείο της συσκευής τελείως προσέχοντας να µην ξεχειλίσει. Σηµειώνουµε τη νέα ένδειξη του δυναµοµέτρου. 3 η Ένδειξη δυναµοµέτρου = Ν 3 η Ένδειξη 2 η Ένδειξη = Ν Άρα Βάρος νερού δοχείου = Ν 6. Από τις ενδείξεις που βρήκατε στα προηγούµενα βήµατα σηµειώστε ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή. i. Η άνωση που δέχεται ο βυθισµένος κύλινδρος ισούται µε το βάρος του νερού του δοχείου ii. Η άνωση που δέχεται ο βυθισµένος κύλινδρος είναι µεγαλύτερη από το βάρος του νερού του δοχείου iii. Η άνωση που δέχεται ο βυθισµένος κύλινδρος είναι µικρότερη από το βάρος του νερού του δοχείου 4/7
2η ραστηριότητα 1. Αναρτήστε από το ελεύθερο άκρο του δυναµοµέτρου το δοχείο και τη µάζα της συσκευής του κυλίνδρου του Αρχιµήδη και σηµειώστε την ένδειξη του δυναµοµέτρου 1 η Ένδειξη δυναµοµέτρου = Ν Άρα Βάρος συσκευής = Ν 2. Τοποθετείστε το δοχείο ζέσης µας µε το νερό κάτω από τη συσκευή του Αρχιµήδη. Ρυθµίστε το ύψος της διάταξης ώστε η µάζα της συσκευής να είναι κατά το ένα τέταρτο µέσα στο νερό. Αν δυσκολεύεστε ζητήστε βοήθεια από τον καθηγητή σας. 2 η Ένδειξη δυναµοµέτρου = Ν Άρα Βάρος Άνωση(1/4) = Ν Άρα Άνωση(1/4) = Ν 3. Επαναλάβετε το ίδιο, συµπληρώνοντας νερό µε τον υδροβολέα στο δοχείο ζέσεως, ώστε η µάζα της συσκευής να είναι κατά το µισό µέσα στο νερό. Αν δυσκολεύεστε ζητήστε βοήθεια από τον καθηγητή σας. 3 η Ένδειξη δυναµοµέτρου = Ν Άρα Βάρος Άνωση(2/4) = Ν Άρα Άνωση(2/4) = Ν 4. Επαναλάβετε το ίδιο, συµπληρώνοντας νερό µε τον υδροβολέα στο δοχείο ζέσεως, ώστε η µάζα της συσκευής να είναι κατά τα τρία τέταρτα µέσα στο νερό. Αν δυσκολεύεστε ζητήστε βοήθεια από τον καθηγητή σας. 4 η Ένδειξη δυναµοµέτρου = Ν Άρα Βάρος Άνωση(3/4) = Ν Άρα Άνωση(3/4) = Ν 5. Επαναλάβετε το ίδιο, συµπληρώνοντας νερό µε τον υδροβολέα στο δοχείο ζέσεως, ώστε η µάζα της συσκευής να είναι ολόκληρη µέσα στο νερό. Αν δυσκολεύεστε ζητήστε βοήθεια από τον καθηγητή σας. 5 η Ένδειξη δυναµοµέτρου = Ν Άρα Βάρος Άνωση(4/4) = Ν Άρα Άνωση(4/4) = Ν 5/7
6. Συµπληρώστε τον παρακάτω πίνακα µε τα αποτελέσµατα των παραπάνω βηµάτων 2, 3, 4 και 5 : Άνωση(1/4) = Άνωση(2/4) = Άνωση(3/4) = Άνωση(4/4) = ΑΝΩΣΗ (Α) σε Ν ΟΓΚΟΣ ΚΥΛΙΝ ΡΟΥ ΣΤΟ ΝΕΡΟ 0,25 κυλίνδρου 0,50 κυλίνδρου 0,75 κυλίνδρου 1,00 κυλίνδρου 7. Χρησιµοποιώντας τις τιµές του παραπάνω πίνακα (στήλες 2 & 3), να σχεδιάσεις τη γραφική παράσταση της άνωσης σε συνάρτηση µε τον όγκο του κυλίνδρου που βυθίζεται. Περνά η γραµµή της γραφικής παράστασης από την αρχή των αξόνων; Α (Ν) 0,25 0,50 0,75 1,00 8. Αναρτήστε από το ελεύθερο άκρο του δυναµοµέτρου το δοχείο και τη µάζα της συσκευής του κύλινδρου του Αρχιµήδη, αυτή τη φορά χρησιµοποιώντας ένα κοµµάτι σπάγκου. Βύθισε τη µάζα της συσκευής σε διαφορετικά βάθη µέσα στο δοχείο, χωρίς όµως η µάζα να ακουµπήσει στον πυθµένα του δοχείου. Παρατήρησε την ένδειξη του δυναµοµέτρου. Κύκλωσε πιο από τα δύο συµπληρώνει σωστά την πρόταση: Η ένδειξη του δυναµοµέτρου παραµένει σταθερή / µεταβάλλεται V (κυλίνδρου) 6/7
Συµπεράσµατα Συµπληρώστε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: 1. Όταν βυθίζουµε ένα σώµα σε ένα υγρό ή αέριο (ρευστό), τότε το ρευστό ασκεί στο σώµα δύναµη η οποία ονοµάζεται... Έχει κατεύθυνση... του βάρους του σώµατος. Το µέτρο της είναι... µε το βάρος του ρευστού που εκτοπίζει το σώµα. 2. Η γραφική παράσταση της άνωσης σε συνάρτηση µε τον όγκο που βυθίζεται στο ρευστό είναι µια ευθεία γραµµή που διέρχεται από την αρχή των αξόνων. Άρα η άνωση είναι... του όγκου που βυθίζεται. 3. Όταν ένα σώµα είναι... βυθισµένο σε ρευστό τότε η... είναι ανεξάρτητη του... στο οποίο βρίσκεται. 7/7