V. Matter's properties. The student: 9c) demonstrates Archimedes' principle and, on this basis, analyses floating of a body; determines the densitydensitydensity of liquids or solids.
1. When does the buoyant force act on the body? 2. What does and what does not the buoyancy force depend on? 3. What is the content of Archimedes' principle? 4. What direction does the buoyant force have?
Answer:
1. The buoyant force acts on the body immersed in liquids and gases. 2. The buoyant force depends on the density of the liquid and the volumevolumevolume of the immersed part of the body. This force does not depend on the shape of the body, its mass, liquid volume. 3. For each body immersed in a liquid (or gas), there is a buoyant force that is directed upwards and equal in magnitude to the weightweightweight of the displaced liquiddisplaced liquiddisplaced liquid (or displaced gas). 4. The buoyant force has a vertical upward direction.
Look at the pictures and answer the questions under the pictures:
[Interactive graphics]
1. What forces act on the immersed block that comes up to the surface of the liquid?
2. What is the relationship between these forces:
a) when the block is immersed, b) when the block floats partially immersed.
3. What is the relationship between the body and liquid densitydensitydensity values of the case when the body flows to the surface?
Answer:
1. The gravitational force () and the buoyant forcebuoyant forcebuoyant force () act on the emerging block.
2. There are various relationships between the buoyant force and the gravitational force:
a) when the block emerges, the magnitude of the buoyant force is greater than the magnitude of the gravitational force, b) when the block is emerging (floats partially immersed), the gravitational force is balanced by the buoyant force - the magnitudes of these forces are equal.
3. The weight of the liquid displaced by the body () is larger than the weight of the immersed body (). Since the volume of the displaced liquid and the volumevolumevolume of the immersed body are the same, it can be concluded that the density of the liquid is larger than the density of the body.
Task 3
[Illustration 1]
1. What forces act on the immersed block that floats completely immersed in the liquid? 2. What is the relationship between these forces? 3. What is the relationship between the density of the body and the liquid?
Answer:
1. The gravitational force () and buoyant force () act on the floating block completely immersed in the liquid. 2. The magnitudes of the gravitational force () and buoyant force () are equal. 3. The weight of the liquid displaced by the body () is equal to the weight of the immersed body (). Since the volume of displaced liquiddisplaced liquiddisplaced liquid and the volume of the immersed body are the same, it can be concluded that the density of the liquid is equal to the density of the body.
Task 4
[Illustration 2]
1. What forces act on the immersed block that sinks? 2. What is the relationship between these forces? 3. What is the relationship between the density of the body and the liquid?
Answer:
1. The gravitational force () and buoyant force () act on the block sinking in the liquid. 2. The magnitude of the gravitational force () is greater than the magnitude of the buoyant force (). 3. The weight of the liquid displaced by the body () is smaller than the weight of the immersed body (). Since the volume of the displaced liquid and the volume of the immersed body are the same, it can be concluded that the density of the liquid is smaller than the density of the body.
Task 5
View the photo gallery „Examples of buoyant force in liquids and gases” and answer the questions:
[Illustration 3]
1. Does the buoyant force act on every body shown in the photos? 2. In which photo is the buoyant force smaller than the gravitational force? 3. In which photo is the buoyant force larger than the gravitational force? 4. In which photo may the buoyant force be equal to the gravitational force? 5. What should you do to make the submarine emerge?
Determine whether the sentences below are true or false:
a) If the body does not change the depth of its immersionimmersionimmersion in water, the weightweightweight of this body is equal to the buoyant forcebuoyant forcebuoyant force. b) If the body settles to the bottom of the ocean, the buoyant force acting on this body is 0. c) If a ship floats on the surface of the sea, the weight of the water displaced by the ship is equal to the weight of the ship.
The body sinks in liquid or gas, i.e. settles to the bottom when:
- the buoyant force is smaller than the gravitational force of the body, - the densitydensitydensity of the body is larger than the density of liquid or gas.
The body floats at any depth in liquid or gas:
- the buoyant force is equal to the gravitational force of the body, - the density of the body is equal to the density of the liquid or gas.
The body floats on the surface of the liquid (partially immersed):
- the buoyant force is equal to the gravitational force of the body, if the body submerged deeper, the buoyant force would be greater than the gravitational force of the body, - the density of the body is smaller than the density of the liquid on the surface of which the body floats.
The body rises up being immersed in gas or water:
- the buoyant force is larger than the gravitational force of the body, - the density of the body is smaller than the density of the gas or liquid in which the body rises.
Selected words and expressions used in the lesson plan
1. Tak. Na każde z ciał przedstawionych na zdjęciach działa siła wyporu. 2. Mniejsza siła wyporu od siły ciężkości działa na łódź podwodną (zdjęcie nr 2). 3. Na zdjęciach nr 3 i 5 działa siła wyporu większa od siły ciężkości. 4. Siła wyporu może być równa sile ciężkości na zdjęciach nr 1 i 4. 5. Aby łódź podwodna wynurzyła się należałoby opróżnić zbiorniki balastowe, czyli wypompować wodę z tych zbiorników zastępując ją gazem.
1. Na klocek tonący w cieczy działa siła ciężkości () i siła wyporu (). 2. Siła ciężkości () jest większa od siły wyporu (). 3. Ciężar cieczy wypartej przez ciało () jest mniejszy od ciężaru zanurzonego ciała (). Ponieważ objętość wypartej cieczy i objętość zanurzonego ciała są takie same, można wyciągnąć wniosek, że gęstość cieczy jest mniejsza od gęstości ciała.
m6a5c9b6acf8adadf_1528449000663_0
Warunki pływania ciał
m6a5c9b6acf8adadf_1528449084556_0
Drugi
m6a5c9b6acf8adadf_1528449076687_0
V. Właściwości materii. Uczeń: 9c) demonstruje prawo Archimedesa i na tej podstawie analizuje pływanie ciał; wyznacza gęstość cieczy lub ciał stałych.
m6a5c9b6acf8adadf_1528449068082_0
45 minut
m6a5c9b6acf8adadf_1528449523725_0
Określanie warunków pływania ciał.
m6a5c9b6acf8adadf_1528449552113_0
1. Określa rodzaje sił działających na pływające ciało.
2. Określa warunki pływania ciała.
3. Definiuje siłę wyporu.
4. Określa związek gęstości ciała i cieczy na zachowanie się ciała zanurzonego w cieczy.
m6a5c9b6acf8adadf_1528450430307_0
Uczeń:
- definiuje siłę wyporu,
- określa warunki pływania ciała,
- określa związek gęstości ciała i cieczy na zachowanie się ciała zanurzonego w cieczy.
m6a5c9b6acf8adadf_1528449534267_0
1. Uczenie się przez obserwację.
2. Wykład problemowy.
m6a5c9b6acf8adadf_1528449514617_0
1. Praca indywidualna – wykorzystanie zdobytej wiedzy w praktyce.
2. Praca z całą klasą podczas rozwiązywania zadań.
m6a5c9b6acf8adadf_1528450127855_0
Polecenie 1
Odpowiedz na pytania:
1. Kiedy na ciało działa siła wyporu? 2. Podaj od czego zależy, a od czego nie zależy siła wyporu. 3. Jaka jest treść prawa Archimedesa? 4. Jaki kierunek i zwrot posiada siła wyporu?
Odpowiedź:
1. Siła wyporu działa na ciało w cieczach i gazach. 2. Siła wyporu zależy od gęstości cieczy i objętości zanurzonej części ciała. Siła ta nie zależy od kształtu ciała, jego masy, objętości cieczy. 3. Na każde ciało zanurzone w cieczy (lub gazie) działa siła wyporu zwrócona ku górze i równa pod względem wartości ciężarowi wypartej cieczy (lub wypartego gazu). 4. Siła wyporu ma kierunek pionowy, a zwrot ku górze.
m6a5c9b6acf8adadf_1528446435040_0
Polecenie 2
Przyjrzyj się rysunkom i odpowiedz na pytania pod rysunkami:
[Grafika interaktywna]
1. Jakie siły działają na zanurzony klocek, który wypływa na powierzchnię cieczy? 2. Jaka jest zależność między tymi siłami:
a) gdy klocek jest zanurzony, b) gdy klocek pływa częściowo zanurzony?
3. Jaka jest zależność między wartościami gęstości ciała i cieczy przypadku, gdy ciało wypływa na powierzchnię?
Odpowiedź:
1. Na klocek wynurzający się działa siła ciężkości () i siła wyporu (). 2. Pomiędzy siłą wyporu i siłą ciężkości występują różne zależności:
a) podczas wynurzania się ciała warość siły wyporu jest większa od wartości siły ciężkości,
b) gdy klocek jest wynurzony (pływa częściowao zanurzony) siła ciężkości jest zrównoważona przez siłę wyporu, wartości tych sił są sobie równe.
3. Ciężar cieczy wypartej przez ciało () jest mniejszy niż ciężar zanurzonego ciała (). Ponieważ objętość wypartej cieczy i objętość zanurzonego ciała są takie same, można wyciągnąć wniosek, że gęstość cieczy jest mniejsza od gęstości ciała.
Polecenie 3
[Ilustracja 1]
1. Jakie siły działają na zanurzony klocek, który pływa całkowicie zanurzony w cieczy? 2. Jaka jest zależność między tymi siłami? 3. Jaka jest realcja między gęstością ciała i cieczy?
Odpowiedź:
1. Na klocek pływający całkowicie zanurzony w cieczy działa siła ciężkości () i siła wyporu (). 2. Wartość siły ciężkości () i siły wyporu () są sobie równe. 3. Ciężar cieczy wypartej przez ciało () jest równy ciężarowi zanurzonego ciała (). Ponieważ objętość wypartej cieczy i objętość zanurzonego ciała są takie same, można wyciągnąć wniosek, że gęstość cieczy jest równa gęstości ciała.
Polecenie 4
[Ilustracja 2]
1. Jakie siły działają na zanurzony klocek, który tonie? 2. Jaka jest zależność między tymi siłami? 3. Jaka jest relacja między gęstością ciała i cieczy?
Odpowiedź:
1. Na klocek tonący w cieczy działa siła ciężkości () i siła wyporu (). 2. Wartość siły ciężkości () jest większa od wartości siły wyporu (). 3. Ciężar cieczy wypartej przez ciało () jest mniejszy od ciężaru zanurzonego ciała (). Ponieważ objętość wypartej cieczy i objętość zanurzonego ciała są takie same, można wyciągnąć wniosek, że gęstość cieczy jest mniejsza od gęstości ciała.
Polecenie 5
Obejrzyj galerię zdjęć „Przykłady dziania siły wyporu w cieczach i w gazach”.
Odpowiedz na pytania:
[Ilustracja 3]
1. Czy na każde ciało przedstawione na zdjęciu działa siła wyporu? 2. Na których zdjęciach na ciało działa siła wyporu mniejsza od siły ciężkości tego ciała? 3. Na których zdjęciach działa na ciało siła wyporu większa od siły ciężkości? 4. Na których zdjęciach może działać na ciało siła wyporu równa sile ciężkości? 5. Co należałoby zrobić aby łódź podwodna wynurzyła się?
Odpowiedzi:
1. Tak. Na każde z ciał przedstawionych na zdjęciach działa siła wyporu. 2. Mniejsza siła wyporu od siły ciężkości działa na łódź podwodną (zdjęcie nr 2). 3. Na zdjęciach nr 3 i 5 działa siła wyporu większa od siły ciężkości. 4. Siła wyporu może być równa sile ciężkości na zdjęciach nr 1 i 4. 5. Aby łódź podwodna wynurzyła się należałoby opróżnić zbiorniki balastowe, czyli wypompować wodę z tych zbiorników zastępując ją gazem.
Polecenie 6
Określ prawdziwość poniższych zdań.
a) Jeżeli ciało nie zmienia głębokości swojego zanurzenia w wodzie to siła ciężkości tego ciała jest równa sile wyporu. b) Jeżeli ciało osiada na dnie oceanu to siła wyporu działająca na to ciało wynosi 0. c) Jeżeli okręt pływa po powierzchni morza to ciężar wypartej przez okręt wody jest równy ciężarowi okrętu.
Odpowiedź:
a) Prawda. b) Fałsz. c) Prawda.
m6a5c9b6acf8adadf_1528450119332_0
Ciało tonie w cieczy lub gazie, czyli opada na dno, gdy:
- siła wyporu ma mniejszą wartość niż siła ciężkości ciała, - gęstość ciała jest większa od gęstości cieczy lub gazu.
Ciało unosi się na dowolnej głębokości w cieczy lub gazie:
- siła wyporu ma taką samą wartość jak siła ciężkości ciała, - gęstość ciała jest równa gęstości cieczy lub gazu.
Ciało unosi się na powierzchni cieczy (częściowo zanurzone):
- siła wyporu ma wartość taką samą jak siła ciężkości ciała, gdyby ciało zanurzyło się głębiej, siła wyporu byłaby większa niż siła ciężkości ciała, - gęstość ciała jest mniejsza od gęstości cieczy, na powierzchni której ciało pływa.
Ciało wznosi się do góry będąc zanurzonym w gazie lub wodzie:
- siła wyporu ma wartość większą niż siła ciężkości ciała, - gęstość ciała jest mniejsza od gęstości gazu lub cieczy, w których ciało wznosi się.