Temat

Warunki pływania ciał

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

V. Właściwości materii. Uczeń:
9c) demonstruje prawo Archimedesa i na tej podstawie analizuje pływanie ciał; wyznacza gęstość cieczy lub ciał stałych.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Określanie warunków pływania ciał.

Kształtowane kompetencje kluczowe

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.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- definiuje siłę wyporu,

- określa warunki pływania ciała,

- określa związek gęstości ciała i cieczy na zachowanie się ciała zanurzonego w cieczy.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

2. Wykład problemowy.

Formy pracy

1. Praca indywidualna – wykorzystanie zdobytej wiedzy w praktyce.

2. Praca z całą klasą podczas rozwiązywania zadań.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

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.

Realizacja lekcji

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 w przypadku, gdy ciało wypływa na powierzchnię?

Odpowiedź:

1. Na klocek wynurzający się działa siła ciężkości ($\overrightarrow{Q}$) i siła wyporu ($\overrightarrow{F_B}$).

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 ($\overrightarrow{F_B}$) jest mniejszy niż ciężar zanurzonego ciała ($\overrightarrow{Q}$). 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 relacja między gęstością ciała i cieczy?

Odpowiedź:

1. Na klocek pływający całkowicie zanurzony w cieczy działa siła ciężkości ($\overrightarrow{Q}$) i siła wyporu ($\overrightarrow{F_B}$).
2. Wartość siły ciężkości ($\overrightarrow{Q}$) i siły wypory ($\overrightarrow{F_B}$) są sobie równe.
3. Ciężar cieczy wypartej przez ciało ($\overrightarrow{F_B}$) jest równy ciężarowi zanurzonego ciała ($\overrightarrow{Q}$). 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 ($\overrightarrow{Q}$) i siła wyporu ($\overrightarrow{F_B}$).
2. Wartość siły ciężkości ($\overrightarrow{Q}$) jest większa od wartości siły wyporu ($\overrightarrow{F_B}$).
3. Ciężar cieczy wypartej przez ciało ($\overrightarrow{F_B}$) jest mniejszy od ciężaru zanurzonego ciała ($\overrightarrow{Q}$). 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.

Podsumowanie lekcji

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.