Prawo Archimedesa Zadania Klasa 7

Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, dlaczego olbrzymi statek unosi się na wodzie, podczas gdy mała moneta tonie? Albo dlaczego tak łatwo jest nam podnosić przedmioty w wodzie w porównaniu z tym, jak ciężkie wydają się na lądzie? Odpowiedź na te pytania kryje się w jednym z najbardziej fundamentalnych praw fizyki – Prawie Archimedesa! Ten artykuł jest skierowany specjalnie do uczniów klasy 7 i ma na celu wyjaśnienie tego zagadnienia w sposób prosty i zrozumiały, z przykładami zadań, które pomogą Wam utrwalić zdobytą wiedzę.

Czym jest Prawo Archimedesa?

Prawo Archimedesa, nazwane na cześć starożytnego greckiego uczonego, Archimedesa z Syrakuz, opisuje siłę wyporu działającą na ciało zanurzone w płynie (cieczy lub gazie). Mówiąc najprościej, prawo to stwierdza:

"Na ciało zanurzone w płynie działa siła wyporu, skierowana pionowo do góry, równa ciężarowi wypartego przez to ciało płynu."

Brzmi skomplikowanie? Spokojnie, rozłóżmy to na czynniki pierwsze!

• Ciało zanurzone w płynie: Mówimy o dowolnym obiekcie umieszczonym w wodzie, oleju, powietrzu, czy jakimkolwiek innym płynie.
• Siła wyporu (F_w): To siła, która "ciągnie" ciało do góry, przeciwdziałając sile grawitacji (ciężarowi).
• Wyparty płyn: To ilość płynu, którą ciało "wypycha" na bok, zanurzając się w nim.
• Ciężar wypartego płynu: To ciężar tej ilości płynu, którą ciało wyparło.

Podsumowując: Jeśli wrzucisz kamień do wody, woda podniesie się. Ta podniesiona woda ma pewien ciężar. Siła, która sprawia, że kamień wydaje się lżejszy w wodzie, jest równa ciężarowi tej podniesionej (wypartej) wody!

Wzór na Siłę Wyporu

Do obliczenia siły wyporu używamy następującego wzoru:

F_w = ρ * V * g

Gdzie:

• F_w - Siła wyporu (wyrażona w Newtonach - N)
• ρ (rho) - Gęstość płynu (wyrażona w kg/m³) - np. gęstość wody wynosi około 1000 kg/m³
• V - Objętość wypartego płynu, która jest równa objętości zanurzonej części ciała (wyrażona w m³)
• g - Przyspieszenie ziemskie (wynosi około 9.81 m/s², często zaokrąglane do 10 m/s² dla uproszczenia obliczeń)

Ważne jest, aby pamiętać o odpowiednich jednostkach! Użycie właściwych jednostek jest kluczowe do uzyskania poprawnego wyniku.

Dlaczego Niektóre Rzeczy Toną, a Inne Pływają?

To, czy ciało zatonie, czy będzie pływać, zależy od porównania siły wyporu działającej na to ciało z jego ciężarem.

• Ciało tonie: Jeśli ciężar ciała jest większy niż siła wyporu (ciężar wypartego płynu jest mniejszy niż ciężar ciała).
• Ciało pływa (zanurzone): Jeśli ciężar ciała jest równy sile wyporu (ciężar wypartego płynu jest równy ciężarowi ciała). Ciało zawiesza się w płynie.
• Ciało pływa (na powierzchni): Jeśli ciężar ciała jest mniejszy niż siła wyporu (ciężar wypartego płynu, który ciało może wyprzeć, jest większy niż ciężar ciała). Ciało unosi się częściowo zanurzone.

Kluczowym czynnikiem jest tutaj gęstość. Jeśli gęstość ciała jest większa niż gęstość płynu, ciało zatonie. Jeśli gęstość ciała jest mniejsza niż gęstość płynu, ciało będzie pływać. Jeśli gęstości są równe, ciało będzie pływać zanurzone.

Przykłady Zadań z Prawem Archimedesa (Klasa 7)

Teraz przejdźmy do praktyki! Rozwiążmy kilka typowych zadań, które możesz spotkać na lekcjach fizyki.

Zadanie 1: Drewniany klocek

Drewniany klocek o objętości 0.005 m³ zanurzono w wodzie. Oblicz siłę wyporu działającą na klocek. Gęstość wody wynosi 1000 kg/m³, a przyspieszenie ziemskie g = 10 m/s².

Rozwiązanie:

1. Wypisujemy dane:
   • V = 0.005 m³
   • ρ = 1000 kg/m³
   • g = 10 m/s²
2. Używamy wzoru: F_w = ρ * V * g
3. Podstawiamy wartości: F_w = 1000 kg/m³ * 0.005 m³ * 10 m/s²
4. Obliczamy: F_w = 50 N

Odpowiedź: Siła wyporu działająca na drewniany klocek wynosi 50 N.

Zadanie 2: Kamień w wodzie

Kamień o objętości 0.002 m³ i ciężarze 60 N zanurzono w wodzie. Czy kamień zatonie, czy będzie pływał? (Gęstość wody wynosi 1000 kg/m³, g = 10 m/s²).

Rozwiązanie:

1. Obliczamy siłę wyporu:
   • F_w = ρ * V * g
   • F_w = 1000 kg/m³ * 0.002 m³ * 10 m/s²
   • F_w = 20 N
2. Porównujemy siłę wyporu z ciężarem kamienia:
   • Ciężar kamienia: 60 N
   • Siła wyporu: 20 N

Wniosek: Ponieważ ciężar kamienia (60 N) jest większy niż siła wyporu (20 N), kamień zatonie.

Zadanie 3: Lodowa góra

Góra lodowa o objętości 1000 m³ pływa w oceanie. Gęstość lodu wynosi 920 kg/m³, a gęstość wody morskiej 1025 kg/m³. Oblicz, jaką część góry lodowej widać nad powierzchnią wody. (g = 10 m/s²).

Rozwiązanie:

1. Ciężar góry lodowej: Najpierw obliczamy masę góry lodowej: m = ρ_lodu * V = 920 kg/m³ * 1000 m³ = 920 000 kg. Następnie obliczamy ciężar: Q = m * g = 920 000 kg * 10 m/s² = 9 200 000 N.
2. Warunek pływania: Aby góra lodowa pływała, siła wyporu musi być równa jej ciężarowi: F_w = Q = 9 200 000 N.
3. Objętość zanurzona: Obliczamy objętość zanurzonej części góry lodowej, korzystając ze wzoru na siłę wyporu: V_zanurzona = F_w / (ρ_wody * g) = 9 200 000 N / (1025 kg/m³ * 10 m/s²) ≈ 897.56 m³.
4. Objętość nad powierzchnią: Obliczamy objętość części góry lodowej wystającej nad powierzchnię wody: V_nad = V - V_zanurzona = 1000 m³ - 897.56 m³ ≈ 102.44 m³.
5. Procentowa część: Obliczamy, jaki procent objętości góry lodowej wystaje nad powierzchnię wody: (V_nad / V) * 100% = (102.44 m³ / 1000 m³) * 100% ≈ 10.24%.

Odpowiedź: Około 10.24% objętości góry lodowej widać nad powierzchnią wody.

Wskazówki do rozwiązywania zadań

• Zawsze wypisuj dane! To pomoże Ci zorganizować informacje i uniknąć błędów.
• Sprawdzaj jednostki! Upewnij się, że wszystkie wartości są wyrażone w odpowiednich jednostkach (kg, m³, N, m/s²).
• Narysuj rysunek! Wizualizacja problemu często ułatwia jego zrozumienie.
• Zacznij od wzoru! Napisz wzór, który będziesz używać, zanim zaczniesz podstawiać wartości.
• Sprawdzaj wynik! Czy Twój wynik ma sens? Czy siła wyporu może być większa niż ciężar ciała, jeśli ciało tonie?

Dlaczego Prawo Archimedesa jest Ważne?

Prawo Archimedesa ma ogromne znaczenie w wielu dziedzinach nauki i inżynierii. Jest ono wykorzystywane w:

• Budowie statków i łodzi: Dzięki temu prawu wiemy, jak projektować statki, aby mogły unosić się na wodzie i przewozić duże ładunki.
• Konstrukcji balonów: Balony na gorące powietrze wykorzystują fakt, że ciepłe powietrze jest mniej gęste niż zimne, co powoduje, że balon unosi się do góry.
• Projektowaniu okrętów podwodnych: Okręty podwodne mogą zanurzać się i wynurzać dzięki zmianie swojej gęstości.
• Hydrometrii: Hydrometry to urządzenia służące do pomiaru gęstości cieczy, które działają w oparciu o prawo Archimedesa.
• Zrozumieniu pływania ryb: Ryby posiadają pęcherz pławny, który pozwala im kontrolować swoją głębokość zanurzenia w wodzie.

Mam nadzieję, że ten artykuł pomógł Ci zrozumieć Prawo Archimedesa i jego zastosowania. Pamiętaj, że kluczem do sukcesu jest praktyka! Rozwiązuj zadania, eksperymentuj i zadawaj pytania. Powodzenia na lekcjach fizyki!

Dodatkowe Zasoby

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat Prawa Archimedesa, polecam:

• Przejrzenie podręcznika do fizyki dla klasy 7.
• Obejrzenie filmów edukacyjnych na YouTube na temat Prawa Archimedesa.
• Wykonanie prostych eksperymentów w domu, np. sprawdzenie, które przedmioty toną, a które pływają.

Pamiętaj, nauka fizyki może być fascynująca! Nie zrażaj się trudnościami i kontynuuj zgłębianie wiedzy. To, co wydaje się skomplikowane na początku, z czasem stanie się jasne i zrozumiałe.