Principiul lui Arhimede – Masurare cu balanta hidrostatica

Principiul lui Arhimede – Masurare cu balanta hidrostatica – Experiment demonstrativ

Principiul lui Arhimede – Masurare cu balanta hidrostatica reprezinta o metoda captivanta si eficienta de a investiga relatia dintre forta de flotabilitate care actioneaza asupra unui corp si forta gravitationala a lichidului deplasat de catre acel corp. Aceasta experienta ofera elevilor oportunitatea de a intelege concepte fundamentale ale fizicii, precum si de a experimenta in mod practic principiile enuntate de celebrul matematician si inginer Arhimede.

Obiectivul experimentului

Obiectivul experimentului este de a investiga relatia dintre forta de flotabilitate care actioneaza asupra unui corp si forta gravitationala a lichidului deplasat de catre acel corp, in conformitate cu Principiul lui Arhimede. Acest principiu fundamental al fizicii enunta ca un corp scufundat intr-un fluid este supus unei forte de sustinere egala cu greutatea fluidului pe care o deplaseaza.

Pregatirea experimentului

Pregatirea echipamentului este o etapa esentiala in desfasurarea experimentului si contribuie la asigurarea acuratetei si consistentei rezultatelor obtinute. Structura si detaliile pregatirii echipamentului sunt urmatoarele:

1. 
   

   Pregatirea balantei:

   • Inainte de a incepe masuratorile, este necesar sa se ajusteze balanta pentru a asigura functionarea corespunzatoare.
   • Pentru aceasta, balata trebuie sa fie pozitionata cu balata in varful barei de sustinere, iar apoi sa fie ajustata prin intermediul piulitelor de echilibrare situate la stanga si la dreapta.
   • In cazul in care gama de echilibrare nu este suficienta, se pot schimba reciproc scarile pentru a obtine rezultate precise si fiabile.

2. Pregatirea cilindrului lui Arhimede:

   • Cilindrul solid si cel gol trebuie sa fie pregatite inainte de a incepe experimentul.
   • Pentru conectarea cilindrilor, se utilizeaza carligele adecvate si un fir cu lungimea de 3 cm pentru a asigura o legatura solida intre ele.

Prin urmare, pregatirea echipamentului implica atat ajustarea si calibrarea corecta a balantei, cat si pregatirea cilindrului lui Arhimede pentru a se asigura ca experimentul se desfasoara in mod corespunzator si ca rezultatele obtinute sunt fiabile si reprezentative.

Desfasurarea experimentului

Procesul este impartit in mai multe etape distincte, fiecare avand un rol specific in obtinerea datelor necesare pentru analiza si intelegerea fenomenului.

1. Suspendarea cilindrilor:

   • Cilindrul solid si cel gol sunt suspendate de o scara adecvata, iar apoi sunt contrabalansate prin adaugarea de greutati pe cealalta scara.

2. Pregatirea vasului cu lichid:

   • Intr-un vas mare, se toarna aproximativ 200 ml de apa (sau alt lichid, conform necesitatilor experimentului), iar acesta este plasat sub cilindri.

3. Imersiunea cilindrului solid:

   • Prin slabirea surubului de la suport, balata este coborata incet pana cand cilindrul solid este complet imersat in lichid.
   • In timpul acestui proces, se observa deflectia balatei, care ofera indicii despre forta de flotabilitate exercitata asupra cilindrului solid.

4. Adaugarea lichidului in cilindrul gol:

   • Pas cu pas, se toarna lichid in cilindrul gol pana cand acesta este plin.
   • In timp ce se adauga lichid, se observa deflectia balatei si se compara cu observatiile facute in timpul imersiunii cilindrului solid.

5. Repetarea experimentului:

   • Experimentul este repetat folosind diferite tipuri de lichide, cum ar fi apa sarata si alcool metilic, pentru a investiga cum variaza forta de flotabilitate in functie de densitatea lichidului.

Exemplu de masurare

Exemplul de masurare ofera o ilustrare concreta a rezultatelor obtinute in timpul experimentului si este esential pentru intelegerea si interpretarea fenomenului observat.

1. Masurarea masei cilindrilor:

   • Se noteaza masa 𝑚 a cilindrului solid si a celui gol inainte de a fi imersati in lichid.
   • In exemplul dat, se mentioneaza ca masa totala a cilindrilor este de 206g.

2. Deflectia balatei:

   • Dupa imersiunea cilindrului solid in lichid, se observa o deflectie a indicatorului balatei catre stanga.
   • Aceasta deflectie indica existenta unei forte de flotabilitate care actioneaza asupra cilindrului solid in directia opusa fortei gravitationale.
3. Adaugarea lichidului in cilindrul gol:
   • Pe masura ce lichidul este adaugat in cilindrul gol, deflectia balatei scade treptat.
   • Atunci cand cilindrul gol este plin cu lichid, deflectia balatei devine zero.

Prin urmare, exemplul de masurare evidentiaza modul in care masa si deflectia balatei sunt influentate de interactiunea dintre cilindri si lichid.

Evaluarea rezultatelor

Evaluarea rezultatelor experimentului ofera o intelegere profunda a fenomenului studiat si a implicatiilor sale in contextul Principiului lui Arhimede.

1. Forta de flotabilitate:

   • Se evidentiaza faptul ca experimentul a demonstrat existenta unei forte de flotabilitate care actioneaza asupra cilindrului solid imersat in lichid.
   • Aceasta forta de flotabilitate este rezultatul presiunii exercitate de lichid asupra cilindrului si este egala cu greutatea lichidului deplasat de catre cilindru, conform Principiului lui Arhimede.

2. Compararea cu forta gravitationala:

   • Se subliniaza ca magnitudinea fortei de flotabilitate este egala cu forta gravitationala a lichidului deplasat de catre cilindru.
   • Acest lucru reconfirma Principiul lui Arhimede si relevanta sa in explicatia comportamentului obiectelor imersate in lichide.

3. Relevanta pentru intelegerea fizicii:

   • Se subliniaza importanta experimentului in dezvoltarea intelegerii elevilor despre conceptele fundamentale ale fizicii, cum ar fi forta, presiunea si flotabilitatea.
   • Experimentul ofera o modalitate concreta si interactiva de a explora si de a intelege aceste concepte, ceea ce faciliteaza procesul de invatare si imbunatateste intelegerea elevilor.

Prin urmare, evaluarea rezultatelor experimentului evidentiaza atat validitatea Principiului lui Arhimede, cat si contributia sa la intelegerea fenomenelor fizice de catre elevi.