В бассейне друга легко поднять на руки, а на берегу тяжело: в воде его подпирает выталкивающая сила. Закон Архимеда, одна из главных тем физики 7 класса, говорит, чему она равна: весу жидкости (или газа), которую вытеснило тело, F А = ρ ж·g·V погр. Дальше суть закона на примерах, задача и ловушки, на которых теряют баллы.
Суть простыми словами
Попробуй утопить мяч в ванне. Рука чувствует: вода выталкивает его вверх. Чем бóльшая часть мяча уходит под воду, тем сильнее выталкивание. Это и есть сила Архимеда. Она появляется потому, что давление воды снизу на тело больше, чем сверху.
Закон: на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу жидкости, вытесненной телом.
Формула: F А = ρ ж · g · V погр, где ρ ж — плотность жидкости (кг/м³), g ≈ 10 Н/кг, V погр — объём погружённой части тела (м³). Единица — ньютон (Н).
Тонет или плавает. Сравниваем силу тяжести mg с силой Архимеда, которая действовала бы на тело, погружённое целиком:
- F А < mg: тело тонет (плотность тела больше плотности жидкости);
- F А = mg: тело плавает внутри жидкости (плотности равны);
- F А > mg: тело всплывает и плавает на поверхности; часть его выходит из воды, пока сила Архимеда для оставшейся под водой части не сравняется с mg.
Разобранная задача. Камень объёмом 2 л (0,002 м³) полностью погружён в воду. Найди силу Архимеда. В воздухе камень весит 50 Н; какой вес покажет динамометр под водой? Плотность воды 1000 кг/м³. F А = 1000 · 10 · 0,002 = 20 Н. Вес в воде: 50 − 20 = 30 Н.
Где встречается на экзамене
В нашем банке задачи на Архимеда размечены сразу под несколько заданий ВПР: гидростатика, явления и опыты (ВПР по физике 7 класс). На ОГЭ силу Архимеда меряют руками: в лабораторной работе (задание 17 ОГЭ по физике) комплект № 1 с цилиндрами, мензуркой и динамометрами нужен для плотности и выталкивающей силы.
Где ошибаются
- Берут объём всего тела, хотя оно погружено частично. Для плавающего тела нужен объём погружённой части.
- Подставляют плотность тела вместо плотности жидкости. В формуле ρ жидкости.
- Не переводят литры и сантиметры в метры. 1 л = 0,001 м³; 1 см³ = 0,000001 м³.
- Думают, что сила Архимеда растёт с глубиной. Для полностью погружённого тела она не меняется, меняется давление.
- Путают вес и силу тяжести тела в воде. Динамометр под водой показывает разность: вес в воздухе минус сила Архимеда.
Шпаргалка за 30 секунд
- Определи жидкость и возьми её плотность (вода 1000 кг/м³).
- Найди объём погружённой части в м³.
- F А = ρ · g · V.
- Сравни mg с F А при полном погружении: тонет, плавает или всплывает.
- Вес в жидкости = вес в воздухе − F А.
В тренажёре «Сила Архимеда» цилиндры взвешивают динамометром в воде, керосине и масле, а во втором режиме проверяют, утонет тело или всплывёт. Что бывает, когда F А и mg уравновешены, разбирает соседняя тема плавание тел 7 класс. Если гидростатика пока путается, на пробном по физике короткий тест найдёт слабое место, а к ошибкам откроются решения с видео.