1Siła wyporu
- Siła wyporu Fw to siła, którą ciecz (albo gaz) działa na zanurzone ciało. Jest skierowana pionowo w górę.
- Skąd się bierze? Ciśnienie na dolną powierzchnię ciała jest większe niż na górną, bo jest głębiej. Różnica parć daje siłę w górę.
- W doświadczeniu: ciało zawieszone na siłomierzu w cieczy pokazuje mniej. Fw = F₁ − F₂ (F₁ – wskazanie w powietrzu [N], F₂ – wskazanie w cieczy [N]).
2Prawo Archimedesa
- Oznaczenia: Fw – siła wyporu [N]; ρc – gęstość cieczy [kg/m³]; g – przyspieszenie ziemskie [m/s²]; Vzan – objętość zanurzonej części ciała [m³].
Fw = ρc · g · Vzan. Wypór jest równy ciężarowi wypartej cieczy.
- Wypór zależy od gęstości cieczy i zanurzonej objętości. Przy tej samej zanurzonej objętości nie zależy od masy ani materiału ciała.
- Przykład. Dane: kamień m = 5 kg o objętości V = 2 dm³ = 0,002 m³ całkowicie zanurzony w wodzie, ρc = 1000 kg/m³, g = 9,81 m/s². Wzór: Fw = ρc · g · V. Obliczenia: Fw = 1000 · 9,81 · 0,002 N = 19,62 N; ciężar F = 5 · 9,81 N = 49,05 N; wskazanie siłomierza w wodzie = 49,05 N − 19,62 N = 29,43 N. Odpowiedź: wypór to ok. 19,6 N, a siłomierz w wodzie pokaże ok. 29,4 N.
Siłomierz pokazuje 6 N, gdy ciało wisi w powietrzu, i 4 N, gdy jest zanurzone w wodzie. Ile wynosi siła wyporu?
Fw = F₁ − F₂ = 6 N − 4 N = 2 N.
To jedno z 8 pytań quizu. Rozwiąż cały quiz →
3Pływa, tonie czy się unosi
| średnia gęstość ciała w porównaniu z cieczą | co się dzieje |
|---|---|
| większa | ciało tonie (ciężar większy od wyporu) |
| równa | unosi się całkowicie zanurzone, w dowolnym miejscu cieczy |
| mniejsza | wypływa i pływa częściowo zanurzone, wtedy Fw = ciężar |
- Liczy się średnia gęstość całego ciała. Stalowy statek ma w środku dużo powietrza, więc jego średnia gęstość jest mniejsza niż wody.
4Zastosowania
- Okręt podwodny: wpuszcza wodę do zbiorników, żeby się zanurzyć, a wypycha ją sprężonym powietrzem, żeby się wynurzyć. Zmienia w ten sposób swoją średnią gęstość.
- Balon i sterowiec: są wypełnione gazem rzadszym od otaczającego powietrza (hel, gorące powietrze). Unoszą się, gdy wypór powietrza jest większy od ciężaru całości z powłoką i gondolą.
„ciało o gęstości równej gęstości cieczy pływa na powierzchni”
Nie. Unosi się całe pod powierzchnią. Częściowo wynurzone pływa ciało o średniej gęstości mniejszej niż gęstość cieczy.
Dlaczego stalowy statek nie tonie?
Kadłub wypiera tyle wody, że wypór równoważy ciężar statku, bo średnia gęstość całego statku jest mniejsza niż wody.
To jedno z 8 pytań quizu. Rozwiąż cały quiz →
✎Ściąga: Siła wyporu i prawo Archimedesa
Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.
- Fw = ρc · g · Vzan. Wypór jest równy ciężarowi wypartej cieczy.
- Siła wyporu Fw to siła, którą ciecz (albo gaz) działa na zanurzone ciało. Jest skierowana pionowo w górę.
- Oznaczenia: Fw – siła wyporu [N]; ρc – gęstość cieczy [kg/m³]; g – przyspieszenie ziemskie [m/s²]; Vzan – objętość zanurzonej części ciała [m³].
- Przykład. Dane: kamień m = 5 kg o objętości V = 2 dm³ = 0,002 m³ całkowicie zanurzony w wodzie, ρc = 1000 kg/m³, g = 9,81 m/s². Wzór: Fw = ρc · g · V. Obliczenia: Fw = 1000 · 9,81 · 0,002 N = 19,62 N; ciężar F = 5 · 9,81 N = 49,05 N; wskazanie siłomierza w wodzie = 49,05 N − 19,62 N = 29,43 N. Odpowiedź: wypór to ok. 19,6 N, a siłomierz w wodzie pokaże ok. 29,4 N.
- Okręt podwodny: wpuszcza wodę do zbiorników, żeby się zanurzyć, a wypycha ją sprężonym powietrzem, żeby się wynurzyć. Zmienia w ten sposób swoją średnią gęstość.
- Balon i sterowiec: są wypełnione gazem rzadszym od otaczającego powietrza (hel, gorące powietrze). Unoszą się, gdy wypór powietrza jest większy od ciężaru całości z powłoką i gondolą.
?Quiz: powtórz przed kartkówką
8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.
Siła wyporu działa na ciało zanurzone w cieczy
- Apoziomo
- Bw dowolnym kierunku
- Cpionowo w dół
- Dpionowo w górę
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: pionowo w górę – Wypór jest wypadkową parć cieczy z różnych stron. Od dołu ciśnienie jest większe, więc siła skierowana jest w górę.
Wzór na siłę wyporu to
- AFw = ρciała · g · V
- BFw = ρc · g / Vzan
- CFw = m · g
- DFw = ρc · g · Vzan
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: Fw = ρc · g · Vzan – Wypór zależy od gęstości cieczy i objętości zanurzonej części ciała.
Od czego NIE zależy siła wyporu (przy tej samej objętości zanurzonej)?
- AOd masy zanurzonego ciała
- BOd zanurzonej objętości
- COd wartości g
- DOd gęstości cieczy
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: Od masy zanurzonego ciała – We wzorze Fw = ρc g Vzan nie ma masy ani materiału ciała.
Ciało zanurzone całkowicie w wodzie wypiera 3 dm³ wody (ρ = 1000 kg/m³, g = 10 m/s²). Ile wynosi wypór?
- A300 N
- B0,3 N
- C30 N
- D3 N
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: 30 N – V = 0,003 m³, więc Fw = 1000 · 10 · 0,003 N = 30 N.
Siłomierz pokazuje 6 N, gdy ciało wisi w powietrzu, i 4 N, gdy jest zanurzone w wodzie. Ile wynosi siła wyporu?
- A6 N
- B10 N
- C4 N
- D2 N
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: 2 N – Fw = F₁ − F₂ = 6 N − 4 N = 2 N.
Kiedy ciało utrzymuje się całe zanurzone w cieczy i nie opada ani nie wypływa?
- AGdy jego średnia gęstość jest mniejsza niż gęstość cieczy
- BGdy jego średnia gęstość jest równa gęstości cieczy
- CGdy jego średnia gęstość jest większa niż gęstość cieczy
- DTylko gdy leży na dnie
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: Gdy jego średnia gęstość jest równa gęstości cieczy – Przy równych gęstościach wypór równoważy ciężar, gdy ciało jest całkowicie zanurzone.
Dlaczego stalowy statek nie tonie?
- AStatek jest zbyt ciężki, by się zanurzyć
- BWypór nie działa na ciała metalowe
- CJego średnia gęstość (z powietrzem w środku) jest mniejsza niż wody
- DStal ma mniejszą gęstość niż woda
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: Jego średnia gęstość (z powietrzem w środku) jest mniejsza niż wody – Kadłub wypiera tyle wody, że wypór równoważy ciężar statku, bo średnia gęstość całego statku jest mniejsza niż wody.
Kamień 5 kg o objętości 2 dm³ zawieszono na siłomierzu i zanurzono całkowicie w wodzie (g = 9,81 m/s²). Ile pokaże siłomierz?
- Aok. 29,4 N
- Bok. 19,6 N
- Cok. 49,1 N
- Dok. 68,7 N
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: ok. 29,4 N – Ciężar 49,05 N minus wypór 19,62 N daje ok. 29,4 N.
Cały dział „Hydrostatyka”: ściąga i próbny sprawdzian →
Kartkówka albo sprawdzian już blisko?
Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.