Лабораторная работа
по теме «Выяснение условий плавания тела в жидкости»
Теоретическая часть
Если сила тяжести Fтяж больше архимедовой силы Fарх, то тело будет опускаться на дно, тонуть.
Если сила тяжести Fтяж равна архимедовой силы Fарх, то тело может находиться в равновесии в любом месте жидкости.
Если сила тяжести Fтяж меньше архимедовой силы Fарх, то тело будет подниматься из жидкости, всплывать.
Практическая часть
Цель работы: формулируем самостоятельно!
Приборы и материалы: весы с разновесами, измерительный цилиндр (мензурка), пробирка-поплавок с пробкой, сухой песок, фильтрованная бумага или сухая тряпка.
Ход работы:
1. Определяем выталкивающую силу, действующую на пробирку. Она равна . Для нахождения этого веса определяю объем вытесненной воды. Для этого отмечаю уровни воды в мензурке до и после погружения пробирки в воды. Зная объем вытесненной воды и плотность, вычисляю вес пробирки.
Уровень воды = 30 см
Уровень воды с пробиркой = 55 см
V = м3
F = g * ρж * V = Н
2. Выньте пробирку из воды, протрите ее фильтрованной бумагой или тряпкой. Определите на весах массу пробирки с точностью до 1 г и рассчитайте силу тяжести, действующую на нее, она равна весу пробирки с песком в воздухе.
m= 18г.
F = g * m = Н
3. Следующие несколько опытов провожу следующим насыпаю в пробирку еще немного песка, вновь определяю выталкивающую силу и силу тяжести. Опыты провожу пока пробирка, закрытая пробкой, не утонет.
Опыт №1 m= 18г
Опыт №2 m= 25г
Опыт №3 m= 33г
4. Результаты измерений и вычислений заношу в таблицу. Отмечаю, когда пробирка плавает, всплывает и когда она тонет.
Вывод:
N ≈ 1.57·10²³
Объяснение:
T = 315 K
<v> = 320 м/c
m = 20 г = 0,02 кг
Na = 6.022·10²³ 1/моль - постоянная Авогадро
R = 8.31 Дж/(моль·К) - универсальная газовая постоянная
N - ?
По закону Клапейрона-Менделеева
pV = νRT
(р - давление, V - объём, ν - количество вещества)
ν = N/Na
pV = NRT/Na (1)
Будем считать газ идеальным и одноатомным, тогда давление газа р можно вычислить как
р = nm₀<v>²/3 (n - концентрация, m₀ - масса молекулы)
n = N/V; m₀ = m/N
Тогда
nm₀ = m/V
р = m<v>²/3V
и
pV = m<v>²/3 (2)
Приравняем правые части уравнений (1) и (2)
NRT/Na = m<v>²/3
и выразим отсюда N
N = m<v>²Na/3RT
N = 0.02 · 320² · 6.022·10²³ : (3 · 8.31 · 315)
N ≈ 1.57·10²³
Это графики изменения координаты тела со временем.
Возьмем 1 тело. Координата уменьшается, тело движется против оси координат. Чтобы найти скорость движения, надо взять промежуток времени и посмотреть пройденный за это время путь.
Если взять первые 10 с, то координата была 300 м, а стала 250 м.
V1=(250 - 300)/10=-50/10=-5 м/с
Возьмем 20 с. V1=(200 - 300)/20= - 5 м/с. Движение равномерное с постоянной скоростью (-5) м/с. Минус показывает, что тело движется против оси координат из точки 300 м к началу отсчета.
Второй график. Координата увеличивается, тело движется вдоль оси координат. Найдем скорость. Возьмем 20 с. За это время тело из точки 150 м перешло в точку 200 м.
V2=(200 - 150)/20=2,5 м/с.
Тело из точки 150 м движется вдоль оси координат со скоростью
2,5 м/с.
Точка пересечения показывает, что оба тела через 20 с после начала наблюдения за телами находились в точке 200 м от начала отсчета. Если у них была одинаковая координата, значит они встретились. После встречи стали удаляться друг от друга.